Ultimate magazine theme for WordPress.

آزمایش های انجام شده با مواد پیچیده ۲ بعدی باعث می شود الکترون ها به طور جمعی رفتار کنند

0

آزمایش های انجام شده با مواد پیچیده ۲ بعدی باعث می شود الکترون ها به طور جمعی رفتار کنند

 

Experiments with twisted 2D materials catch electrons behaving collectively
تصویری از یک الگوی موآر که پس از چیدن و چرخش دو ورق گرافن دو لایه ظاهر می شود. حالات الکترونیکی همبسته با ترتیب مغناطیسی در گرافن دو لایه پیچ خورده در محدوده کوچکی از زاویه پیچش پدیدار می شوند و می توانند با گیت و میدان الکتریکی تنظیم شوند. اعتبار: متیو یانکوویتز

آزمایش های انجام شده با مواد پیچیده ۲ بعدی باعث می شود الکترون ها به طور جمعی رفتار کنند دانشمندان می توانند اهداف بلند پروازانه ای داشته باشند: بهبود بیماری ، کاوش در جهان دور ، انقلاب های انرژی پاک. در تحقیقات فیزیک و مواد ، برخی از این اهداف بلند پروازانه ساخت اشیائی با صدای معمولی با خصوصیات خارق العاده است: سیمهایی که می توانند بدون هیچ گونه اتلاف انرژی ، انرژی را انتقال دهند یا رایانه های کوانتومی که می توانند محاسبات پیچیده ای را انجام دهند که رایانه های امروزی نمی توانند به آنها برسند. و میزهای کار در حال انجام آزمایشاتی که به تدریج ما را به سمت این اهداف سوق می دهد ، مواد دو بعدی هستند – ورق هایی از ماده که ضخامت یک لایه واحد اتم دارند.

دانشکده ها : در مقاله ای که در ۱۴ سپتامبر در ژورنال Nature Physics منتشر شد ، تیمی به سرپرستی دانشگاه واشنگتن گزارش دادند که پشته های گرافن – یک فرم دو بعدی کربن را با دقت ساخته شده است – می تواند خصوصیات الکترون بسیار همبسته را به نمایش بگذارد. این تیم همچنین شواهدی یافت که نشان می دهد این نوع رفتار جمعی احتمالاً مربوط به ظهور حالت های مغناطیسی عجیب و غریب است. نویسنده همکار ارشد متیو یانکوویتس ، استادیار فیزیک و علوم و مهندسی مواد دانشگاه UW گفت: “ما یک تنظیم آزمایشی ایجاد کرده ایم که به ما امکان می دهد الکترونها را در لایه های گرافن به طرق جدید و جدیدی دستکاری کنیم.” ، و همچنین یک محقق دانشکده در انستیتوی انرژی پاک UW.

یانکوویتس با همکاری نویسنده ارشد Xiaodong Xu ، استاد فیزیک UW و علوم مواد و مهندسی. Xu همچنین یک محقق دانشکده با موسسه مهندسی و علوم مولکولی UW ، موسسه سیستم های مهندسی نانو UW و موسسه انرژی پاک UW است.

از آنجا که مواد دو بعدی ضخامت یک لایه اتم دارند ، پیوندهای بین اتم ها فقط در دو بعد تشکیل می شوند و ذرات مانند الکترون فقط می توانند مانند قطعات یک بازی روی صفحه حرکت کنند: لبه به لبه ، جلو به عقب یا مورب ، اما نه بالا و پایین. این محدودیت ها می توانند مواد دو بعدی را با خواصی که همتایان سه بعدی آنها فاقد آنها هستند ، نفوذ کنند و دانشمندان برای توصیف و درک این کیفیت های بالقوه مفید ، ورق های دو بعدی از مواد مختلف را کاوش کرده اند.

آزمایش های انجام شده با مواد پیچیده ۲ بعدی باعث می شود الکترون ها به طور جمعی رفتار کنند
تصویر میکروسکوپ نوری دستگاه پیچیده دو لایه گرافن. اعتبار: متیو یانکوویتز

اما در طول دهه گذشته ، دانشمندانی مانند یانکوویتز نیز شروع به لایه بندی مواد ۲ بعدی – مانند پشته پنکیک – کرده اند و کشف کرده اند که در صورت چیده شدن و چرخش در یک پیکربندی خاص و قرار گرفتن در معرض دمای پایین ، این لایه ها می توانند خصوصیات عجیب و غریب و غیر منتظره ای از خود نشان دهند.

تیم UW با بلوک های سازنده گرافن دو لایه کار کرد: دو ورق گرافن به طور طبیعی با هم لایه لایه شده اند. آنها یک لایه دو لایه را روی هم قرار دادند – در مجموع چهار لایه گرافن – و آنها را پیچاندند به طوری که طرح اتمهای کربن بین دو لایه چندان از تراز نیست. تحقیقات گذشته نشان داده است که معرفی این زاویه های پیچش کوچک بین لایه های منفرد یا دو لایه گرافن می تواند پیامدهای بزرگی برای رفتار الکترون آنها داشته باشد. با پیکربندی های خاص میدان الکتریکی و توزیع بار در بین لایه های دو لایه انباشته ، الکترون ها رفتارهای بسیار همبسته ای از خود نشان می دهند. به عبارت دیگر ، همه آنها به طور همزمان شروع به انجام همان کار می کنند – یا نمایش خصوصیات یکسانی.

“یانکوویتس” گفت: “در این موارد ، توصیف آنچه که یک الکترون منفرد انجام می دهد دیگر منطقی نیست ، اما آنچه همه الکترون ها همزمان انجام می دهند.”

“این مانند این است که شما یک اتاق پر از افراد داشته باشید که در آن تغییر در رفتار هر شخص باعث شود که دیگران واکنش مشابهی نشان دهند” ، نویسنده اصلی ، مینائو او ، دانشجوی دکترای فیزیک UW و عضو سابق موسسه انرژی پاک گفت.

مکانیک کوانتوم زمینه ساز این خصوصیات همبسته است و از آنجا که لایه های دو لایه گرافن انباشته شده چگالی بیش از ۱۰ ^ ۱۲ یا یک تریلیون الکترون در سانتی متر مربع دارند ، بسیاری از الکترون ها به طور جمعی رفتار می کنند.

این تیم تلاش کرد تا در تنظیمات آزمایشی خود برخی از اسرار حالتهای همبسته را کشف کند. در دمای فقط چند درجه بالای صفر مطلق ، تیم کشف کرد که آنها می توانند سیستم را “به نوعی حالت عایق همبسته” تنظیم کنند – جایی که هیچ بار الکتریکی را انجام نمی دهد. در نزدیکی این حالتهای عایق ، تیم جیبهایی از حالتهای بسیار رسانا با ویژگیهایی شبیه ابررسانایی پیدا کرد.

اگرچه تیم های دیگر اخیراً این حالت ها را گزارش کرده اند ، اما ریشه این ویژگی ها همچنان یک راز باقی مانده است. اما کار تیم UW شواهدی برای توضیح احتمالی پیدا کرده است. آنها دریافتند که به نظر می رسد این حالتها توسط یک ویژگی مکانیکی کوانتومی الکترونها به نام “چرخش” – نوعی حرکت زاویه ای – هدایت می شوند. در نواحی نزدیک به کشورهای عایق همبسته ، آنها شواهدی یافتند که نشان می دهد تمام چرخش الکترونها به طور خودجوش تراز می شوند. این ممکن است نشان دهد که ، در نزدیکی مناطقی که حالتهای عایق همبسته را نشان می دهند ، نوعی فرومغناطیس در حال ظهور است – نه ابررسانایی. اما برای تأیید این موضوع نیاز به آزمایشات اضافی است.

این اکتشافات آخرین نمونه از شگفتی های بسیاری است که هنگام انجام آزمایش با مواد دو بعدی در انتظار شما است.

“Xu گفت:” بیشتر آنچه که ما در این تحقیق انجام می دهیم تلاش برای ایجاد ، درک و کنترل حالات الکترونیکی در حال ظهور است که می توانند همبسته یا توپولوژیکی باشند یا دارای هر دو ویژگی باشند. ” “می توان کارهای زیادی در این جاده انجام داد – نوعی از به عنوان مثال محاسبات کوانتومی ، یک دستگاه جدید برای جمع آوری انرژی ، یا انواع جدیدی از حسگرها – و صادقانه بگویم تا زمانی که سعی نکنیم نمی دانیم. “

در این میان ، انتظار دارید که پشته ها ، لایه های دو لایه و زاویه های پیچ خورده برای ادامه موج ایجاد کنند.

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.