DünyaTeknoloji

2D Malzemelerin Kutsal Kase’sine Ulaşmaya Yardımcı Olacak Bulgular – Superfast Elektronik Cihazlar

Futuristic Electronics Artist Concept

Araştırmacılar grafenbazlı malzemelerde yarı partiküller yeni bir aile keşfetmek.

Manchester Üniversitesi’nden Sir Andre Geim ve Dr. Alexey Berdyugin önderliğindeki bir grup araştırmacı grafen bazlı süperkafeslerde ‘Brown-Zak fermions’ adlı yeni bir yarı parçacık ailesi keşfettiler ve karakterize ettiler.

Ekip bu atılımı, grafen tabakasının atomik kafesini yalıtkan bor nitrür tabakasına hizalayarak grafen levhanın özelliklerini önemli ölçüde değiştirerek elde etti.

Çalışma, Hofstadter’ın kelebeği olarak bilinen fraktal örüntünün gözlemlemesine olanak tanıyan grafen-bor nitrür süperkafeslerinde yıllar süren art arda gelişmeleri takip etmektedir ve bugün (13 Kasım 2020 Cuma) araştırmacılar, uygulamalı manyetik alan altındaki bu tür yapılardaki parçacıkların son derece şaşırtıcı bir davranışını rapor etmektedirler.

Deneysel çalışmayı yürüten Julien Barrier ve Dr. Piranavan Kumaravadivel, “Sıfır manyetik alanda elektronların düz yörüngelerde hareket ettiği ve manyetik bir alan uygularsanız daireler çizip hareket etmeye başladıkları iyi bilinmektedir.” diyor.

“Bor nitrürile hizalanmış bir grafen tabakada, elektronlar da bükülmeye başlar — ama manyetik alanı belirli değerlere ayarlarsanız, elektronlar artık manyetik alan yokmuş gibi düz çizgi yörüngelerinde tekrar hareket ederler!”

Dr. Piranavan Kumaravadivel, “Bu tür davranışlar ders kitabı fiziğinden kökten farklıdır.” diye ekliyor.

Dr. Alexey Berdyugin, “Bu büyüleyici davranışı yüksek manyetik alanda yeni yarı parçacıkların oluşumuna bağlıyoruz,” diyor. “Bu yarı parçacıklar kendi benzersiz özelliklere ve son derece yüksek manyetik alana rağmen son derece yüksek hareketlilik var.”

Nature Communicationsdergisinde yayınlandığı gibi, çalışma, hofstadter kelebeğinin fraktal özellikleri için gözden geçirilmiş bir çerçeveyle, elektronların grafenin ultra yüksek kaliteli bir süperkafesinde nasıl davrandığını anlatıyor. Son on yılda grafen cihaz imalatı ve ölçüm tekniklerinde yapılan temel gelişmeler bu çalışmayı mümkün kılmasına neden oldu.

“Yarı parçacıklar kavramı tartışmalı bir yoğun madde fiziği ve kuantum çok vücut sistemlerinin en önemli biridir. 1940’larda teorik fizikçi Lev Landau tarafından kolektif etkileri ‘tek parçacık uyarma’ olarak tasvir etmek için tanıtıldı,” Julien Barrier açıklar “Onlar birçok vücut etkileri için hesap karmaşık sistemlerin bir dizi kullanılır.”

Şimdiye kadar grafen süperkafeslerinde kolektif elektronların davranışları, yüksek manyetik alanlarda çoğalan fotonlara (kütlesiz parçacıklar) benzeyen eşsiz özelliklere sahip bir quasiparticle olan Dirac fermiyonu açısından düşünülmüştür. Ancak, bu devletlerin ek degeneracy gibi bazı deneysel özellikleri için hesap vermedi, ne de bu durumda quasiparticle sonlu kütlesi eşleşmiyor.

Yazarlar ‘Brown-Zak fermions’ yüksek manyetik alan altında superlattices mevcut yarı parçacıklar ailesi olarak öneriyoruz. Bu doğrudan ölçülebilen yeni bir kuantum numarası ile karakterizedir. İlginçtir, düşük sıcaklıklarda çalışan onları ultra-düşük sıcaklıklarda değişim etkileşimleri ile degeneracy kaldırmak için izin verdi.

“Bir manyetik alanın varlığı altında, grafendeki elektronlar sayısal yörüngelerle dönmeye başlarlar. Brown-Zak fermiyonları için, 16T’ye (dünyanın manyetik alanının 500.000 katı) kadar yüksek manyetik alanlar altında onlarca mikrometrelik düz bir yörüngeyi geri yüklemeyi başardık. Belirli koşullar altında, balistik yarı parçacıklar etkili bir manyetik alan hissediyorum,” Dr Kumaravadivel ve Dr Berdyugin açıklar.

Elektronik bir sistemde, hareketlilik bir parçacığın elektrik akımının uygulanması üzerine hareket etme kapasitesi olarak tanımlanır. Yüksek mobiliteler, grafen gibi 2B sistemleri imal ederken uzun zamandır Kutsal Kase olmuştur, çünkü bu tür malzemeler ek özellikler (tamsayı ve fraksiyonel kuantum hall efektleri) sunacaktı ve potansiyel olarak bir bilgisayar işlemcisinin kalbindeki bileşenler olan ultra-yüksek frekanslı transistörlerin oluşturulmasına olanak sağlayacaktır.

Dr. Kumaravadivel, “Bu çalışma için çok yüksek saflık seviyesine sahip ekstra büyük grafen cihazlar hazırladık,” diyor. Bu bize cm² / Vs, parçacıklar saçılma olmadan tüm cihaz boyunca düz seyahat anlamına gelir birkaç milyonlarca mobiliteelde etmek için izin verdi. Daha da önemlisi, bu sadece grafen klasik Dirac fermiyonları için durum değil, aynı zamanda çalışmada bildirilen Brown-Zak fermiyonları için de gerçekleşmiyordu.

Bu Brown-Zak fermions yeni metalik devletler tanımlamak, herhangi bir superlattice sistemi için jenerik, sadece grafen, ve diğer 2D malzeme tabanlı superlattices yeni yoğun madde fizik sorunları için bir oyun alanı sunuyor.

Julien Barrier ekledi “Bulgular önemli, elektron taşıma temel çalışmalar için tabii ki, ama biz yüksek manyetik alanlar altında yeni superlattice cihazlarda yarı parçacıklar anlayış yeni elektronik cihazların geliştirilmesine yol açabilir inanıyoruz.”

Yüksek hareketlilik, böyle bir cihazdan yapılan bir transistörün daha yüksek frekanslarda çalışabileceği anlamına gelir ve bu malzemeden yapılmış bir işlemcinin birim zaman başına daha fazla hesaplama yapmasına izin vererek daha hızlı bir bilgisayar elde edebilir. Manyetik alan uygulamak genellikle hareketliliği küçültür ve böyle bir aygıtı belirli uygulamalar için kullanılamaz hale gelir. Brown-Zak fermions yüksek manyetik alanlarda yüksek mobiliteler aşırı koşullar altında çalışan elektronik cihazlar için yeni bir bakış açısı açın.

İlgili Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu