Ultimate magazine theme for WordPress.

مواد مصنوعی برای کارایی بیشتر الکترونیک

0

مواد مصنوعی برای کارایی بیشتر الکترونیک

 

مواد مصنوعی برای کارایی بیشتر الکترونیک
اسکن تصویر میکروسکوپی الکترونی عبوری از ابر شبکه که متشکل از یک توالی متناوب از ۵ سلول واحد اتمی نیکلاته نئودیمیم (آبی) و ۵ سلول واحد اتمی نیکلاته ساماریوم (زرد) است. اعتبار: برنارد موندت / EPFL

مواد مصنوعی برای کارایی بیشتر الکترونیک کشف یک اثر فیزیکی بی سابقه در یک ماده مصنوعی جدید ، نقطه عطف مهمی در روند طولانی تولید مواد “ساخته شده به ترتیب” و الکترونیک با مصرف انرژی بیشتر است.

دانشکده ها : وسایل الکترونیکی مبتنی بر سیلیکون امروزه سهم قابل توجهی و روزافزون از انرژی جهان را مصرف می کنند. تعدادی از محققان در حال کاوش در خصوصیات مواد هستند که بیشتر هستند پیچیده تر از سیلیکون است اما نویدبخش دستگاه های الکترونیکی فردا است – و این گرسنگی کمتری دارند. با توجه به این رویکرد ، دانشمندان دانشگاه ژنو (UNIGE) با همکاری انستیتوی فناوری فدرال سوئیس در لوزان (EPFL) ، دانشگاه زوریخ ، انستیتو فلاترون نیویورک و دانشگاه لیژ کار کرده اند. دانشمندان یک پدیده فیزیکی تاکنون ناشناخته را در یک ماده مصنوعی تشکیل شده از لایه های بسیار نازک نیکلات کشف کرده اند. این امر می تواند برای کنترل دقیق برخی از خصوصیات الکترونیکی مواد مانند انتقال ناگهانی از حالت رسانا به حالت عایق مورد بهره برداری قرار گیرد. همچنین می تواند برای تولید دستگاه های جدید و با مصرف انرژی بیشتر مورد استفاده قرار گیرد. می توانید درباره این پیشرفت تکنولوژیک در مجله Nature Nature بخوانید.

“نیکلات ها با مشخصه خاصی شناخته می شوند: وقتی دما بالاتر از یک حد مشخص”. “این دمای انتقال با توجه به ترکیب مواد متفاوت است.”

نیکلات ها از اکسید نیکل با افزودن اتمی به عناصر موسوم به “نادر زمین” (یعنی مجموعه ای از ۱۷ عنصر از جدول تناوبی) تشکیل می شوند. به عنوان مثال وقتی این زمین نادر ساماریوم (Sm) باشد ، جهش عایق فلزی در حدود ۱۳۰ درجه سانتیگراد انجام می شود ، در حالی که اگر نئودیمیم (Nd) باشد ، آستانه به ۷۳- درجه سانتیگراد می رسد. این تفاوت با این واقعیت توضیح داده می شود که وقتی Sm با Nd جایگزین می شود ، ساختار بلوری ترکیب تغییر شکل می یابد – و این تغییر شکل است که مقدار دمای انتقال را کنترل می کند.

دانشمندان مستقر در ژنو در تلاش برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد این مواد ، نمونه های ساخته شده از لایه های مکرر نیکلاته ساماریوم را که روی لایه های نیکلاته نئودیمیم رسوب داده شده است مطالعه کردند – نوعی “فوق العاده ساندویچ” که تمام اتم ها کاملاً مرتب شده اند.

رفتار مانند یک ماده واحد

کلاریبل دومینگوئز ، محقق گروه فیزیک ماده کوانتومی و اولین نویسنده مقاله ، توضیح می دهد: “وقتی لایه ها کاملاً ضخیم باشند ، آنها به طور مستقل رفتار می کنند و هر یک دمای انتقال خود را حفظ می کنند. به اندازه کافی عجیب ، وقتی تصفیه می کنیم لایه ها تا زمانی که هرکدام از هشت اتم بزرگتر نباشند ، کل نمونه مانند یک ماده واحد رفتار می کند ، فقط با یک جهش بزرگ در رسانایی در دمای انتقال میانی. “

یک تحلیل بسیار دقیق که توسط میکروسکوپ الکترونی در EPFL انجام شده است – با پشتیبانی با پیشرفتهای نظری پیچیده که توسط همکاران آمریکایی و بلژیکی انجام شده است – نشان داد که انتشار تغییر شکل در ساختار بلوری در رابط بین مواد فقط در دو یا سه لایه اتمی اتفاق می افتد. بر این اساس ، این تحریف نیست که پدیده مشاهده شده را توضیح می دهد. در واقع ، به نظر می رسد دورترین لایه ها به نوعی می دانند که آنها بسیار نزدیک به رابط کاربری هستند اما بدون تغییر شکل فیزیکی.

جادو نیست

“هیچ چیز جادویی در این مورد وجود ندارد” ، جنیفر فاولی ، محقق در گروه فیزیک ماده کوانتوم و از نویسندگان مقاله ، می گوید. “مطالعه ما نشان می دهد که حفظ یک رابط بین یک منطقه رسانا و یک منطقه عایق ، همانطور که در نمونه های ما رخ می دهد ، از نظر انرژی بسیار گران است. بنابراین ، هنگامی که دو لایه به اندازه کافی نازک باشند ، آنها قادر به اتخاذ بسیار کمتر هستند رفتار پرانرژی ، که شامل تبدیل شدن به یک ماده واحد ، کاملاً فلزی یا کاملا عایق بندی شده و با دمای انتقال مشترک است. و همه اینها بدون تغییر ساختار بلوری اتفاق می افتد. این اثر یا اتصال ، بی سابقه است. “

این کشف به لطف پشتیبانی بنیاد ملی علوم سوئیس و Grant Synergy G-Q-MAC ERC (مرزهای کنترل مواد کوانتومی) امکان پذیر شد. این روش جدیدی را برای کنترل خصوصیات ساختارهای الکترونیکی مصنوعی فراهم می کند ، که در این حالت جهش رسانایی است که توسط محققان ژنو در نیکلات کامپوزیت آنها بدست آمده است ، که گام مهمی به جلو برای توسعه دستگاه های الکترونیکی جدید است. از نیکلات ها می توان در کاربردهایی مانند ترانزیستورهای پیزوالکتریک (واکنش به فشار) استفاده کرد.

به طور کلی ، کار ژنو در یک استراتژی برای تولید مواد مصنوعی “از طریق طراحی” ، یعنی با خواصی که نیاز خاصی را برآورده می کنند ، متناسب است. این مسیر ، که توسط بسیاری از محققان در سراسر جهان دنبال می شود ، نویدبخش الکترونیک آینده با مصرف انرژی در آینده است.

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.