התוצאות תמוהות הסביר - גישה multiband כדי לגרור קולום ו excitons עקיף

Our Miss Brooks: Indian Burial Ground / Teachers Convention / Thanksgiving Turkey (יולי 2019).

Anonim

תוצאות ניסיוניות מסתוריות שהושגו באופן עצמאי על ידי שתי קבוצות מחקר בארה"ב נראה להראות חורים מצמידים ואלקטרונים נעים בכיוון ההפוך לתיאוריה.

עכשיו, מחקר תיאורטי חדש הסביר את התוצאה המסתורית בעבר, על ידי מראה כי תופעה זו לכאורה סותרת קשורה bandgap במבנה גראפן כפול שכבת מבנים, bandgap שהוא הרבה יותר קטן מאשר מוליכים למחצה קונבנציונאלי.

עורכי המחקר, שכללו את משתף הפעולה של FLEET, דוד נילסון מאוניברסיטת קמרינו ו- FLEET CI אלכס המילטון מאוניברסיטת ניו סאות 'ויילס, מצאו כי תיאוריית המולטיבנד החדשה הסבירה את תוצאות הניסויים הקודמות.

תחבורה אקסיטון

Exciton תחבורה מציעה הבטחה גדולה לחוקרים, כולל פוטנציאל נמוך פיזור האלקטרוניקה בעתיד.

אקסיטון הוא חלקיק מרוכב: אלקטרון ו"חור "(" טעון "טעון בצורה חיובית) הנגרם על ידי היעדר אלקטרון) המחוברים יחד על ידי המטען החשמלי שלהם.

ב Exciton עקיף, אלקטרונים חופשיים בגיליון 2-D אחד יכול להיות קשור אלקטרוסטטית חורים כי הם חופשיים לנסוע בגיליון 2-D השכנה.

מכיוון שהאלקטרונים והחורים כלואים בגדלים דו-ממדיים שלהם, הם אינם יכולים להרכיב מחדש, אך הם יכולים להתחבר באופן אוטומטי אם שני הסדינים הדו-ממדיים קרובים מאוד (כמה ננומטרים).

אם האלקטרונים בגיליון העליון ('כונן') מואצים על ידי מתח מיושם, אז כל חור שותפות בגיליון התחתון ('גרור') יכול להיות 'נגרר' על ידי האלקטרון שלו.

זה 'גרור' על החור ניתן למדוד כמו מתח המושרה על פני גיליון הגרירה, והוא נקרא כמו Coulomb גרור.

מטרה במנגנון כזה היא שהאקסיטון יישאר קשור, וכדי לנסוע כמו סופר-נוזלי, מצב קוונטי בעל צמיגות אפסית, ולכן ללא פיזור אנרגיה מבוזבז.

כדי להשיג מצב superfluid זה, בדיוק מהונדסים 2-D חומרים חייבים להישמר רק כמה ננומטר זה מזה, כך האלקטרון מחורבן חור קרובים הרבה יותר זה לזה מאשר הם לשכניהם באותו גיליון.

במכשיר הנבדק, גיליון של משושה בורון ניטריד (hBN) מפריד שני גיליונות של גראפן אטומית רזה (2-D) bilayer, עם hBN בידוד מבטל רקומבינציה של אלקטרונים וחורים.

העברת זרם דרך גיליון אחד ומדידת אות הגרירה בגיליון השני מאפשרת לניסויים למדוד את האינטראקציות בין האלקטרונים בגיליון אחד לבין חורים באחרת, ובסופו של דבר לזהות חתימה ברורה של היווצרות superfluid.

רק לאחרונה, חדש, 2-D heterostructures עם מחסומים בידוד מספיק רזה פותחו המאפשרים לנו לבחון תכונות הביא על ידי אינטראקציות חזקות אלקטרונים חור.

הסבר את הבלתי מוסבר: גרירה שלילית

עם זאת, ניסויים שפורסמו בשנת 2016 הראו תוצאות תמוהות מאוד. בתנאים נסיוניים מסוימים, נמצאה מגירת קולומב שלילית - כלומר, העברת אלקטרונים בכיוון אחד גרמה לחור בסדין האחר לנוע בכיוון ההפוך!

תוצאות אלו אינן יכולות להיות מוסברות על ידי תיאוריות קיימות.

במחקר חדש זה, תוצאות תמוהות אלו מוסברות באמצעות תהליכים רבי-תדרים חיוניים שלא נראו קודם לכן במודלים תיאורטיים.

מחקרים ניסיוניים קודמים של Coulomb גרור בוצע במערכות מוליכים למחצה קונבנציונאלי, אשר יש הרבה יותר גדול bandgaps.

עם זאת gilhene bilayer יש bandgap קטן מאוד, וזה יכול להיות שונה על ידי שדות חשמליים בניצב משערי מתכת ממוקם מעל ומתחת המדגם.

חישוב התחבורה הן בהולכה והן בהרכב הערכיות בכל אחד מהבדיקות של הגרפן היה "החוליה החסרה" המתחתנת עם התיאוריה לתוצאות הניסוי. גרור שלילי מוזר קורה כאשר האנרגיה התרמית מתקרבת האנרגיה bandgap.

ההשפעות multiband חזק משפיעים גם על היווצרות של exiton superfluids ב bilayer גרפן, כך עבודה זו פותחת אפשרויות חדשות לחקר ב exiton superfluids.

המחקר, "מנגנון Multiband עבור היפוך סימן של קולום גרור שנצפו ב גראפן כפול Bilayer Heterostructures", על ידי מ 'Zarenia, AR המילטון, FM Peeters וד' נילסון פורסם ב פיסיקל Review Letters ביולי 2018.

Superfluids ו FLEET

Exciton superfluids נלמדים בתוך נושא המחקר של FLEET 2 עבור הפוטנציאל שלהם לבצע אפס פיזור הנוכחי אלקטרוניים, ובכך לאפשר את העיצוב של טרנזיסטורים אנרגיה נמוכה במיוחד אקסיטון.

השימוש דוודים אטומית רזה (2-D) כדי לשאת את האקסיטונים יאפשר זרימת טמפרטורת החדר superfluid, שהוא המפתח אם הטכנולוגיה החדשה היא להפוך קיימא "מעבר CMOS" הטכנולוגיה. טרנזיסטור bilayer-exciton יהיה מתג מפוזר לעיבוד מידע.

ב superfluid, פיזור אסור על ידי סטטיסטיקה קוונטית, כלומר, אלקטרונים חורים יכולים לזרום ללא התנגדות.

במצב יחיד זה, קוונטי טהור, כל חלקיקים זורמים עם המומנטום אותו, כך שאף אנרגיה לא יכולה ללכת לאיבוד באמצעות פיזור.

FLEET (מרכז המחקר של המועצה האוסטרלית למצוינות בטכנולוגיות עתידיות של צריכת אנרגיה נמוכה) מביא יחד למעלה ממאה מומחים אוסטרליים ובינלאומיים, עם המשימה המשותפת לפתח דור חדש של מוצרי אלקטרוניקה בעלי אנרגיה נמוכה במיוחד.

הדחף מאחורי עבודה זו הוא האתגר הגובר של אנרגיה המשמשת בחישוב, אשר משתמשת 5-8% מכלל החשמל העולמי הוא להכפיל כל עשור.

האתגר העיקרי של התקנים אולטרה זעירים כאלה מתחמם יתר על המידה - המשטחים האולטרה-קטנים שלהם מגבילים מאוד את הדרכים לחום מהזרמים החשמליים כדי להימלט.

menu
menu