Temuan untuk membantu mencapai cawan suci material 2D – perangkat elektronik super cepat

Peneliti menemukan keluarga baru partikel kuas di graphenebahan berbasis.

Sekelompok peneliti yang dipimpin oleh Sir Andre Geim dan dr. Alexey Berdyugin dari University of Manchester menemukan dan mengkarakterisasi keluarga baru partikel sikat yang disebut ‘Brown-Zak fermions’ dalam kisi-kisi berbasis super-grid.

Tim mencapai terobosan ini dengan menyelaraskan kisi atom dari lapisan graphene dengan yang ada di pelat boron nitrida isolasi, yang secara dramatis mengubah properti lembaran graphene.

Studi ini mengikuti kemajuan bertahun-tahun berturut-turut dalam supernatan graphene boron nitride yang memungkinkan pengamatan pola fraktal yang dikenal sebagai kupu-kupu Hofstadter – dan hari ini (Jumat, 13 November 2020) para peneliti melaporkan perilaku lain yang sangat mengejutkan dari partikel dalam struktur seperti itu di bawah medan magnet yang diterapkan.

“Diketahui bahwa elektron dalam medan magnet nol bergerak dalam orbit lurus dan ketika Anda menerapkan medan magnet, mereka mulai membengkok dan bergerak dalam lingkaran,” jelas Julien Barrier dan dr. Piranavan Kumaravadivel, yang melakukan pekerjaan eksperimental.

“Dalam lapisan graphene yang sejajar dengan boron nitrida, elektron juga mulai membengkok – tetapi jika Anda menyetel medan magnet ke nilai tertentu, elektron bergerak dalam daftar lurus lagi, seolah-olah tidak ada lagi medan magnet!”

“Perilaku tersebut sangat berbeda dengan fisika buku teks,” tambah dr. Piranavan Kumaravadivel oleh.

“Kami menghubungkan perilaku menarik ini dengan pembentukan partikel sikat baru pada medan magnet tinggi,” kata Dr. Alexey Berdyugin. “Partikel sikat ini memiliki sifat uniknya sendiri dan mobilitas yang sangat tinggi meskipun medan magnetnya sangat tinggi.”

Seperti yang dipublikasikan di Komunikasi alam, karya tersebut menjelaskan bagaimana elektron berperilaku dalam superlattice graphene kualitas super dengan kerangka yang direvisi untuk fitur fraktal kupu-kupu Hofstadter. Perbaikan mendasar dalam pembuatan alat ukur dan teknik pengukuran selama dekade terakhir telah memungkinkan pekerjaan ini.

READ  Menggemeretakkan gigi, nyeri wajah karena kecemasan akibat Covid: Study

“Konsep partikel sikat mungkin salah satu yang paling penting dalam fisika kondika dan sistem multi-benda kuantum. Ini ditemukan pada 1940-an oleh fisikawan teoretis Lev Landau untuk menggambarkan efek kolektif sebagai ‘kegembiraan satu partikel’, “jelas Julien Barrier.” Ini digunakan dalam sejumlah sistem kompleks untuk memperhitungkan efek pada banyak bagian tubuh. “

Sejauh ini, perilaku elektron kolektif dalam superlattices graphene telah dipikirkan dalam istilah Dirac fermion, partikel sikat yang memiliki sifat unik seperti foton (partikel tanpa massa) yang berulang pada medan magnet tinggi. Namun, itu tidak memperhitungkan beberapa fitur eksperimental, seperti degenerasi tambahan dari negara bagian, atau massa hingga partikel kuasi dalam keadaan ini.

Para penulis menyarankan bahwa ‘Brown-Zak fermions’ adalah keluarga partikel sikat yang ada di superlattices di bawah medan magnet tinggi. Ini ditandai dengan bilangan kuantum baru yang dapat diukur secara langsung. Menariknya, pada suhu yang lebih rendah mereka mampu mengangkat degenerasi dengan interaksi pada suhu yang sangat rendah.

“Di bawah keberadaan medan magnet, elektron dalam graphene mulai berputar dengan orbit terkuantisasi. Untuk fermion Brown-Zak kami telah berhasil memulihkan orbit lurus sepuluh mikrometer di bawah medan magnet tinggi hingga 16T (500.000 kali medan magnet bumi). Dalam kondisi tertentu, partikel sikat balistik tidak merasakan medan magnet yang efektif, ”jelas dr. Kumaravadivel dan dr. Berdyugin.

Dalam sistem elektronik, mobilitas diartikan sebagai kemampuan suatu partikel untuk bergerak setelah dialiri arus listrik. Mobilitas tinggi telah lama menjadi Cawan Suci dalam pembuatan sistem 2D seperti graphene, karena bahan semacam itu akan memberikan properti tambahan (bilangan bulat dan efek kuantum pecahan), dan mungkin pembuatan transistor frekuensi sangat tinggi, komponen di jantung ‘ prosesor komputer.

READ  Saat ini adalah negara paling mematikan di AS dalam hal COVID-19 - BGR

“Untuk studi ini, kami telah menyiapkan perangkat graphene yang ekstra besar dengan tingkat kemurnian yang sangat tinggi,” kata Dr. Kumaravadivel. Ini memungkinkan kami mencapai mobilitas beberapa juta cm² / Vs, yang berarti bahwa partikel akan bergerak lurus ke seluruh perangkat tanpa menyebar. Yang penting, ini bukan hanya kasus fermion Dirac klasik dalam graphene, tetapi juga untuk fermion Brown-Zak yang dilaporkan dalam karya tersebut.

Fermion Brown-Zak ini menentukan kondisi logam baru yang umum untuk sistem superisi apa pun, tidak hanya graphene, dan menyediakan tempat bermain untuk masalah fisika baru dengan kondensasi dalam superlattice berbasis material 2D lainnya.

Julien Barrier menambahkan: “Penemuan ini jelas penting untuk studi fundamental dalam transpor elektron, tapi kami yakin bahwa memahami partikel sikat dalam perangkat superlattice baru di bawah medan magnet tinggi dapat mengarah pada pengembangan perangkat elektronik baru.”

Mobilitas yang tinggi berarti transistor yang terbuat dari alat tersebut dapat beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi, sehingga prosesor yang terbuat dari bahan ini dapat melakukan lebih banyak kalkulasi per satuan waktu, sehingga menghasilkan komputer yang lebih cepat. Penerapan medan magnet biasanya akan menurunkan mobilitas dan membuat perangkat tersebut tidak dapat digunakan untuk aplikasi tertentu. Mobilitas tinggi fermion Brown-Zak terhadap medan magnet tinggi menawarkan perspektif baru untuk perangkat elektronik yang beroperasi dalam kondisi ekstrem.

Referensi: 13 November 2020, Komunikasi alam.
DOI: 10.1038 / s41467-020-19604-0

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *