نانومواد

ابر جریانهای آشپزخانه از مواد انباشته شده ۲ بعدی

ابر جریانهای آشپزخانه از مواد انباشته شده ۲ بعدی

 

ابر جریانهای آشپزخانه از مواد انباشته شده ۲ بعدی
اعتبار: اولیویا کنگ

ابر جریانهای آشپزخانه از مواد انباشته شده ۲ بعدی آیا ممکن است دسته ای از مواد دو بعدی امکان ایجاد جریان فوق العاده در دمای گرم زمین را فراهم کند که در آشپزخانه خانگی به راحتی قابل دستیابی است؟

یک مطالعه بین المللی که در ماه آگوست منتشر شده است ، مسیر جدیدی را برای ابر جریانهای با دمای بالا در دمای “گرم” داخل یخچال آشپزخانه باز می کند.

دانشکده ها :  هدف نهایی دستیابی به ابررسانایی است (یعنی جریان الکتریکی بدون هیچگونه اتلاف انرژی در برابر مقاومت) در دمای مناسب.

به سمت ابررسانایی در دمای اتاق

پیش از این ، ابررسانایی فقط در دمای کم عملی ، کمتر از -۱۷۰ درجه سانتیگراد زیر صفر امکان پذیر بود – حتی قطب جنوب نیز بسیار گرم خواهد بود!

به همین دلیل ، هزینه های خنک کننده ابررساناها زیاد بوده و به سیستم های خنک کننده گران قیمت و پر انرژی احتیاج دارند.

ابررسانایی در دمای روزمره هدف نهایی محققان در این زمینه است.

این دستگاه ابرشبکه نیمه هادی جدید می تواند پایه و اساس یک کلاس کاملاً جدید الکترونیکی با انرژی کم کم با مصرف انرژی بسیار کمتر در هر محاسبه نسبت به وسایل الکترونیکی معمولی مبتنی بر سیلیکون (CMOS) باشد.

چنین الکترونیکی بر اساس انواع جدید رسانایی که در آن ترانزیستورهای حالت جامد بین مقاومت صفر و یک (یعنی سوئیچینگ باینری) بدون مقاومت در دمای اتاق تغییر می کنند ، هدف مرکز عالی FLEET است.

ابر جریان Exciton در الکترونیک کم مصرف

از آنجا که الکترونهای دارای بار متضاد و حفره های نیمه هادی ها به شدت از نظر الکتریکی به یکدیگر جذب می شوند ، می توانند جفت های محکم بسته شده ای را تشکیل دهند. این ذرات مرکب اکسیتون نامیده می شوند ، و مسیرهای جدیدی را به سمت هدایت بدون مقاومت در دمای اتاق باز می کنند.

اکسیتون ها در اصل می توانند حالت کوانتومی “فوق سیال” تشکیل دهند که در آن بدون مقاومت از کنار هم حرکت می کنند. با وجود چنین اکسیتوهای محکم بسته شده ، جریان فوق العاده سیالیت باید در دمای بالا – حتی به اندازه دمای اتاق وجود داشته باشد.

ابر جریانهای آشپزخانه از مواد انباشته شده ۲ بعدی
جفت های متصل الکترون و حفره ها (ذره ای ترکیبی به نام اکسیتون) در حالت کوانتومی سه بعدی ، «فوق مایع» در داخل «پشته» ای از لایه های متناوب حرکت می کنند. الکترون ها و حفره ها در امتداد لایه های ۲D جداگانه حرکت می کنند. اعتبار: اولیویا کنگ

اما متأسفانه ، از آنجا که الکترون و سوراخ بسیار به هم نزدیک هستند ، در عمل عمر اکسیژن ها بسیار کوتاه است – فقط چند نانو ثانیه ، زمان کافی برای تشکیل یک مایع فوق العاده نیست.

به عنوان یک راه حل ، الکترون و سوراخ را می توان به طور کامل از هم جدا کرد و لایه های رسانای نازک اتمی را از هم جدا کرد و اکسیتون هایی به اصطلاح “فضایی غیرمستقیم” ایجاد کرد. الکترون ها و حفره ها در امتداد لایه های رسانای جداگانه اما بسیار نزدیک حرکت می کنند. این باعث می شود که اکسیتون ها عمر طولانی تری داشته باشند و در واقع اخیراً در چنین سیستم هایی میزان روان بودن وجود دارد.

جریان متقابل در مایع اکسیتون ، که در آن الکترونها و حفره های باردار مخالف در لایه های جداگانه خود با هم حرکت می کنند ، اجازه می دهد تا جریانهای به اصطلاح “فوق جریان” (جریانهای الکتریکی بدون اتلاف) با مقاومت صفر و انرژی تلف شده صفر جریان یابند. به همین ترتیب ، به وضوح یک چشم انداز هیجان انگیز برای الکترونیک های بسیار کم مصرف در آینده است.

لایه های انباشته شده از محدودیت های دو بعدی عبور می کنند

سارا کنتی ، که یکی از نویسندگان این تحقیق است ، به یک مسئله دیگر اشاره می کند: لایه های رسانای نازک اتمی دو بعدی هستند ، و در سیستم های ۲ بعدی محدودیت های کوانتومی توپولوژیکی سخت توسط دیوید توولس و مایکل کوسترلیتز کشف شده است ( جایزه نوبل ۲۰۱۶) ، از بین بردن مایعات فوق العاده در دمای بسیار پایین ، بیش از ۱۷۰ درجه سانتیگراد.

تفاوت اساسی در سیستم پیشنهادی جدید لایه های نازک اتمی انباشته از مواد نیمه رسانا دی الکوژنید فلز گذار (TMD) ، سه بعدی بودن آن است.

با استفاده از این ابرشبکه ۳ بعدی از لایه های نازک ، محدودیت های توپولوژیکی ۲-D برطرف می شوند. لایه های جایگزین با الکترون های اضافی (n-doped) و سوراخ های اضافی (p-doped) دوپ می شوند و این ها اکسیتون های ۳-D را تشکیل می دهند.

این مطالعه پیش بینی می کند ابر جریانهای اکسیتون در این سیستم در دمای گرم تا ۳ درجه سانتیگراد جریان داشته باشند.

دیوید نیلسون ، که سالها در زمینه superfluency و ۲ href=”https://phys.org/tags/exciton/” rel=”tag” class=”textTag”> exciton کار کرده است. سیستم های D ، می گوید: “ابرشبکه ۳-D پیشنهاد شده از محدودیت های توپولوژیکی سیستم های ۲-D خارج می شود ، و اجازه می دهد تا جریان های فوق العاده در دمای -۳ درجه سانتیگراد وجود داشته باشد. از آنجا که الکترون ها و سوراخ ها بسیار قوی به هم متصل شده اند ، پیشرفت های بیشتر در طراحی باید این حق را داشته باشد تا دمای اتاق. “

“پروفسور نیلسون توضیح می دهد:” به طور شگفت انگیزی ، امروزه تولید پشته هایی از این لایه های نازک اتمی ، ردیف کردن آنها از نظر اتمی ، و نگه داشتن آنها با جاذبه اتمی ضعیف ون در والس ، در حال تبدیل شدن به روال عادی است. “و اگرچه مطالعه جدید ما یک پیشنهاد نظری است ، اما با دقت زیادی طراحی شده است که با فناوری حاضر امکان پذیر است.”

مطالعه

این مطالعه به بررسی میزان رواناب بودن در یک پشته ساخته شده از لایه های متناوب از دو ماده تک لایه مختلف (dichalcogenides WS2 و WSe2 فلز گذار TMDC n- و p-doped) پرداخته است.

مقاله “ابر سیالیت سوراخ الکترون سه بعدی در یک شبکه فوق العاده نزدیک به اتاق دما ، “به عنوان یک ارتباط سریع در بررسی فیزیکی B در آگوست ۲۰۲۰ منتشر شد.

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا