Przecław News

Informacje o Polsce. Wybierz tematy, o których chcesz dowiedzieć się więcej w Wiadomościach Przecławia.

Nadprzewodnik atomowy bije rekord prędkości

Nadprzewodnik atomowy bije rekord prędkości

Półprzewodniki — w szczególności krzem — zasilają komputery, telefony komórkowe i inne urządzenia elektroniczne, które zasilają nasze codzienne życie, w tym urządzenie, o którym czytasz ten artykuł. Chociaż półprzewodniki są wszechobecne, mają pewne ograniczenia. Struktura atomowa dowolnej substancji wibruje, tworząc cząstki kwantowe zwane fononami. Fonony z kolei powodują rozpraszanie cząstek – elektronów lub par elektron-dziura zwanych ekscytonami – które przenoszą energię i informacje wokół urządzeń elektronicznych w zakresie nanometrów i femtosekund. Oznacza to, że energia jest tracona w postaci ciepła, a przesyłanie informacji ma ograniczenia prędkości.

Trwają poszukiwania lepszych opcji. Zespół chemików z Uniwersytetu Columbia, piszący w Science, kieruje Jackiem Tullage, doktorantem współpracującym z profesorem chemii Milan Delor, Opisuje najszybszy i najbardziej wydajny jak dotąd półprzewodnik: materiał superatomowy zwany Re6se8kl2.

Zamiast rozpraszać się w kontakcie z fononami, ekscytony w Re6se8kl2 W rzeczywistości wiążą się z fononami, tworząc nowe kwazicząstki zwane polaronami ekscytonów akustycznych. Chociaż polarony występują w wielu materiałach, te znalezione w Re6se8kl2 Ma szczególną właściwość: może przepływać balistycznie lub bez dyspersji. To balistyczne zachowanie może pewnego dnia oznaczać szybsze i wydajniejsze urządzenia.

W eksperymentach przeprowadzonych przez zespół w Re. odkryto polarony ekscytonów akustycznych6se8kl2 Poruszały się szybko – dwa razy szybciej niż elektrony w krzemie – i przekroczyły kilka mikronów próbki w mniej niż nanosekundę. Biorąc pod uwagę, że polarony mogą przetrwać około 11 nanosekund, zespół uważa, że ​​polarony ekscytonowe mogą jednorazowo pokryć obszar o długości ponad 25 mikrometrów. Ponieważ tymi kwazicząstkami steruje światło, a nie prąd elektryczny i bramki, prędkości przetwarzania w teoretycznych urządzeniach mogą potencjalnie sięgać femtosekund — sześć rzędów wielkości szybciej niż nanosekundy osiągalne w obecnej elektronice gigahercowej. Wszystko w temperaturze pokojowej.

„Jeśli chodzi o transfer energii” – odpowiedział6se8kl2 „To najlepszy półprzewodnik, jaki znamy, przynajmniej jak dotąd” – powiedział Delors.

READ  Nowa metoda MIT upraszcza proces budowy skomplikowanych materiałów

Powtarza6se8kl2 Jest to nadprzewodnik atomowy powstały w laboratorium współpracownika Xavier Roy. Superatomy to grupy połączonych ze sobą atomów, które zachowują się jak jeden duży atom, ale mają inne właściwości niż pierwiastki użyte do ich budowy. Wytwarzanie superatomów to specjalność laboratorium Roya i główny cel w Columbii Finansowane przez NSF Centrum Nauki i Inżynierii Materiałów dla Precyzyjnie Zmontowanych Materiałów Kwantowych. Delors jest zainteresowany kontrolowaniem transferu i manipulacji energią za pośrednictwem superatomów i innych unikalnych materiałów opracowanych w Kolumbii. W tym celu zespół zbudował instrumenty do obrazowania o ultrarozdzielczości, które mogą wychwytywać poruszające się cząstki w bardzo małych i ultraszybkich skalach.

Kiedy Tulyag po raz pierwszy sprowadził Re6se8kl2 W laboratorium celem nie było poszukiwanie nowego, ulepszonego półprzewodnika, ale sprawdzenie dokładności mikroskopów laboratoryjnych przy użyciu materiału, który w zasadzie nie powinien nic robić. „Było odwrotnie, niż się spodziewaliśmy” – powiedziała Delores. „Zamiast oczekiwanego zwolnionego tempa, zobaczyliśmy najszybszą rzecz, jaką kiedykolwiek widzieliśmy”.

Tolyag i jego rówieśnicy z grupy Delorsa spędzili następne dwa lata pracując nad ustaleniem racji bytu Reya6se8kl2 Wykazano to niezwykłe zachowanie, włączając opracowanie zaawansowanego mikroskopu o ekstremalnej rozdzielczości przestrzennej i czasowej, który może bezpośrednio obrazować elektrody podczas ich formowania i przemieszczania się przez materiał. Chemik teoretyczny Petra Shih, doktorantka pracująca w Kolekcja Timothy’ego BerkelbachaOpracował także model mechaniki kwantowej, który wyjaśnia obserwacje.

Delors wyjaśnił, że nowe kwazicząstki są szybkie, ale wbrew oczekiwaniom osiągają tę prędkość poprzez samoorganizację, co przypomina nieco historię o żółwiu i zającu. To, co sprawia, że ​​krzem jest pożądanym półprzewodnikiem, polega na tym, że elektrony mogą przez niego przemieszczać się bardzo szybko, ale podobnie jak przysłowiowy królik często się odbijają i nigdy nie docierają zbyt daleko, w końcu bardzo szybko. Ekscytony w Re6se8kl2 Są stosunkowo powolne, ale właśnie dlatego, że są tak powolne, że są w stanie spotkać się i połączyć z równie wolno poruszającymi się fononami dźwiękowymi. Powstałe kwazicząstki są „ciężkie” i niczym żółw poruszają się powoli, ale pewnie. Niezakłócone przez inne fonony po drodze, polarony ekscytonów akustycznych w Re6se8kl2 Ostatecznie poruszają się szybciej niż elektrony w krzemie.

READ  Leczenie chorób współistniejących u osób starszych z cukrzycą typu 2

Podobnie jak wiele nowych materiałów kwantowych badanych w Columbii, Re6se8kl2 Można go dzielić na bardzo cienkie arkusze, co oznacza, że ​​można go łączyć z innymi podobnymi materiałami w celu uzyskania dodatkowych, unikalnych właściwości. Powtarza6se8kl2, Jest jednak mało prawdopodobne, aby trafił do produktu komercyjnego – pierwszy pierwiastek w cząsteczce, ren, jest jednym z najrzadszych pierwiastków na Ziemi i w związku z tym jest niezwykle drogi.

Jednak dzięki nowej teorii opracowanej przez grupę Birkelbacha w połączeniu z zaawansowaną technologią obrazowania opracowaną przez grupy Tullaja i grupę Delorsa w celu przede wszystkim bezpośredniego śledzenia powstawania i ruchu polaronów, zespół jest gotowy sprawdzić, czy są inni pretendenci w polu superatomów. Potrafi pokonać re6se8kl2′Rekord prędkości.

„To jedyny materiał, w którym ktokolwiek widział ekscyton balistyczny przemieszczający się w sposób ciągły w temperaturze pokojowej” – powiedział Delors. „Ale teraz możemy zacząć przewidywać, jakie inne materiały mogą wykazywać takie zachowanie, którego wcześniej nie rozważaliśmy”. „Istnieje cała rodzina superatomowych i innych materiałów półprzewodnikowych 2D, które mają odpowiednie właściwości do tworzenia polaronu akustycznego”.

/Wydanie ogólne. Ten materiał od oryginalnej organizacji/autora(ów) może mieć charakter chronologiczny i został zredagowany pod kątem przejrzystości, stylu i długości. Mirage.News nie zajmuje stanowisk korporacyjnych ani stron, a wszystkie opinie, stanowiska i wnioski wyrażone w niniejszym dokumencie są wyłącznie opiniami autorów. Zobacz całość tutaj.