Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Badacze zaprezentowali dielektryk zrobiony z dwóch warstw przewodnika

ghost666 11 Sep 2021 10:55 960 0
  • Badacze zaprezentowali dielektryk zrobiony z dwóch warstw przewodnika
    Prawo Ohma jest dobrze znane. Mówi nam ono, że ​​rezystancja przewodnika i przyłożone do niego napięcie określają, ile prądu przepłynie przez ten przewodnik. Elektrony w materiale — ujemnie naładowane nośniki ładunku — poruszają się w sposób nieuporządkowany i w dużej mierze niezależnie od siebie. Fizycy uważają jednak, że jest to o wiele bardziej interesujące, gdy nośniki ładunku oddziałują na siebie na tyle silnie, że ten prosty obraz nie jest już poprawny.

    Tak jest na przykład w przypadku "Skręconego dwuwarstwowego grafenu", odkrytego kilka lat temu. Materiał ten składa się z dwóch warstw grafenu, z których każda składa się z jednej warstwy atomów węgla. Jeżeli dwie sąsiednie warstwy są lekko skręcone względem siebie, to na elektrony można wpłynąć w taki sposób, że będą ze sobą silnie oddziaływać. W konsekwencji materiał może na przykład stać się nadprzewodnikiem, a tym samym przewodzić prąd bez żadnych strat.

    Zespół naukowców kierowany przez Klausa Ensslina i Thomasa Ihna z Laboratorium Fizyki Ciała Stałego w ETH Zurich wraz z kolegami z Uniwersytetu Teksas w Austin (USA) zaobserwował teraz nowy stan w skręconych podwójnych warstwach grafenu. W tym stanie ujemnie naładowane elektrony i dodatnio naładowane nośniki, tzw. dziury, są ze sobą tak silnie skorelowane, że materiał nie przewodzi już prądu elektrycznego.

    Skręcone warstwy grafenowe

    "W konwencjonalnych eksperymentach, w których warstwy grafenu są skręcone o około jeden stopień względem siebie, na ruchliwość elektronów wpływa tunelowanie kwantowo-mechaniczne między warstwami" wyjaśnia Peter Rickhaus, post-doc i główny autor badanie opublikowane niedawno w czasopiśmie Science. "Z kolei w naszym nowym eksperymencie skręcamy dwie podwójne warstwy grafenu o więcej niż dwa stopnie względem siebie, dzięki czemu elektrony zasadniczo nie mogą już tunelować między podwójnymi warstwami".

    Badacze zaprezentowali dielektryk zrobiony z dwóch warstw przewodnika


    Zwiększony opór dzięki sprzężeniu

    W wyniku tego, poprzez przyłożenie pola elektrycznego, w jednej z podwójnych warstw mogą powstawać elektrony, a w drugiej dziury. Zarówno elektrony, jak i dziury mogą przewodzić prąd elektryczny. Dlatego można by oczekiwać, że dwie podwójne warstwy grafenowe razem utworzą jeszcze lepszy przewodnik o mniejszej rezystancji.

    Jednak w pewnych okolicznościach może zdarzyć się dokładnie odwrotnie, jak wyjaśnia Folkert de Vries, post-doc w zespole Ensslina: "Jeśli dostosujemy pole elektryczne w taki sposób, aby mieć taką samą liczbę elektronów i dziur w podwójne warstwy, opór gwałtownie wzrasta". Przez kilka tygodni Ensslin i jego współpracownicy nie byli w stanie zrozumieć tego zaskakującego wyniku, ale w końcu ich kolega, teoretyk Allan H. MacDonald z Austin dał im decydującą wskazówkę: Według MacDonalda zaobserwowali oni nowy rodzaj fali gęstości ładunku.

    Tak zwane fale gęstości ładunku powstają zwykle w przewodnikach jednowymiarowych, gdy elektrony w materiale wspólnie przewodzą prąd elektryczny, a także układają się przestrzennie w fale. W eksperymencie przeprowadzonym przez badaczy ETH to teraz elektrony i dziury łączą się ze sobą przez przyciąganie elektrostatyczne, tworząc w ten sposób zbiorczą falę gęstości. Jednak fala ta składa się teraz z elektrycznie obojętnych par elektron-dziura, tak że dwie podwójne warstwy wzięte razem nie mogą już przewodzić prądu elektrycznego.

    Nowy stan skorelowany

    "To zupełnie nowy, skorelowany stan elektronów i dziur, który nie ma całkowitego ładunku", mówi Ensslin. "Ten neutralny stan może jednak przekazywać informacje lub przewodzić ciepło. Co więcej, jego szczególną cechą jest to, że możemy całkowicie kontrolować go poprzez kąt skręcenia i przyłożone napięcie". Podobne stany zaobserwowano w innych materiałach, w których pary elektron-dziura (znane również jako ekscytony) są tworzone poprzez wzbudzenie światłem laserowym. Jednak w eksperymencie w ETH elektrony i dziury znajdują się w stanie podstawowym, czyli stanie o najniższej energii, co oznacza, że ​​ich czas życia nie jest ograniczony rozpadem spontanicznym ekscytonu.

    Możliwość zastosowania w technologiach kwantowych

    Ensslin, który specjalizuje się w badaniu właściwości elektronowych małych układów kwantowych, już teraz zastanawia się nad możliwymi praktycznymi zastosowaniami nowego skorelowanego stanu. Będzie to jednak wymagało sporo prac przygotowawczych. Można by uwięzić pary elektron-dziura, na przykład w rezonatorze (typu Fabry-Pérot). To bardzo wymagające, ponieważ obojętnych cząstek nie da się bezpośrednio kontrolować, na przykład za pomocą pól elektrycznych. Z drugiej strony fakt, że stan jest elektrycznie neutralny, może okazać się zaletą: można go wykorzystać do zmniejszenia podatności pamięci kwantowych na zakłócenia ich pola elektrycznego.

    Źródło: https://phys.org/news/2021-09-insulator-conductors.html

    Cool! Ranking DIY
    Ethernet jednoparowy (SPE) - rozwiązania w przemyśle. Szkolenie 29.09.2021r. g. 11.00 Zarejestruj się za darmo
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 10557 posts with rating 8911, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.