17:12 2024-03-01 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Noua clasă de material 2D afișează unda de densitate de încărcare stabilă la temperatura camerei

_ Noua clasa materialul 2D afișează o undă stabilă de densitate de încărcare la temperatura camerei

Materialele cuantice au generat un interes considerabil pentru aplicațiile de calcul în ultimele decenii, dar proprietățile cuantice netriviale, cum ar fi supraconductibilitatea sau spinul magnetic, rămân în stări fragile. .

„Când se proiectează materiale cuantice, jocul este întotdeauna o luptă împotriva dezordinei”, a spus Robert Hovden, profesor asociat de știința și inginerie a materialelor la Universitatea din Michigan.

Căldură. este cea mai comună formă de tulburare care perturbă proprietățile cuantice. Materialele cuantice prezintă adesea fenomene exotice doar la temperaturi foarte scăzute atunci când atomul aproape că încetează să vibreze, permițând electronilor din jur să interacționeze între ei și să se rearanjeze în moduri neașteptate. Acesta este motivul pentru care computerele cuantice sunt în prezent dezvoltate în băi de heliu lichid la -269 °C, sau în jur de -450 F. Sunt doar câteva grade peste zero Kelvin (-273,15 °C).

Materialele pot își pierd și proprietățile cuantice atunci când sunt exfoliate de la 3D până la un singur strat de atomi 2D, subțirerea de interes deosebit pentru dezvoltarea dispozitivelor la scară nanometrică.

Acum, o echipă de cercetare condusă de Universitatea din Michigan a dezvoltat o nouă modalitate de a induce și stabilizează un fenomen cuantic exotic numit val de densitate de sarcină la temperatura camerei. Ei au identificat în esență o nouă clasă de materiale 2D. Rezultatele sunt publicate în Nature Communications.

„Aceasta este prima observație a unei unde de densitate de sarcină care este ordonată și în două dimensiuni. Am fost șocați că nu numai că are o undă de densitate de sarcină în două dimensiuni, ci dar unda de densitate de încărcare este mult îmbunătățită”, a spus Hovden.

În loc de abordarea tipică de exfoliere și decojire a straturilor atomice individuale pentru a face un material 2D, cercetătorii au crescut materialul 2D în interiorul unei alte matrice. Ei au numit noua clasă de materiale „endotaxiale” de la rădăcinile grecești „endo”, adică în interior, și „taxis”, adică într-o manieră ordonată.

Cercetătorii au lucrat cu un cristal metalic, disulfura de tantal ( TaS2), care, ca orice cristal, are atomii ordonați într-un model ca niște mingi de ping pong ordonate în toate direcțiile. Ei au observat că, pe măsură ce materialul creștea, electronii stratului de cristal 2D TaS2 s-au adunat spontan pentru a forma propriul lor cristal, cunoscut sub numele de cristal de sarcină sau undă de densitate de sarcină - un model care se repetă în distribuția electronilor într-un material solid.

Pe măsură ce electronii se adună și se cristalizează, mișcarea lor este restricționată, iar metalul nu mai conduce bine electricitatea. Fără a schimba chimia materialului, formarea cristalului de sarcină a transformat materialul dintr-un conductor într-un izolator. Acest fenomen cuantic exotic s-ar putea dovedi util ca tranzistor fie în calculul clasic, fie în calculul cuantic, acționând ca o poartă pentru a controla fluxul de tensiune.

„Acest lucru deschide ideea că sinteza endotaxială ar putea fi o strategie importantă pentru stabilizarea fragilelor. stări cuantice la intervalele normale de temperatură în care existăm”, a spus Suk Hyun Sung, primul autor al lucrării și absolvent de doctorat la Universitatea din Michigan și actual post-doctorat la Institutul Rowland de la Universitatea Harvard.

Cu o taxă. Cristal stabil la temperatura camerei în mână, cercetătorii au decis să-l încălzească pentru a observa schimbări.

„Este comandat la temperaturi neașteptat de ridicate. Nu numai la temperatura camerei, dar dacă îl încălziți peste punctul de fierbere al apă, are încă o undă de densitate de sarcină”, a spus Hovden.

Cercetătorii au văzut în cele din urmă cum se topește cristalul de încărcare, în timp ce materialul rămâne solid, eliminând starea cuantică.

Experimente precum acest lucru avansează înțelegerea noastră de bază a materialelor cuantice, care este esențială deoarece cercetătorii lucrează pentru a valorifica fenomenele cuantice exotice pentru soluții de inginerie.

„Materialele cuantice vor perturba atât calculul clasic, cât și cel cuantic”, a spus Hovden.

Ambele domenii sunt blocate, spune Hovden. Calculul clasic a epuizat ceea ce poate face siliciul, iar calculul cuantic poate funcționa în prezent doar la temperaturi extrem de scăzute. Au nevoie de materiale cuantice pentru a merge mai departe.

Deocamdată, această cercetare stabilește bazele pentru descoperirea de noi materiale cuantice folosind sinteza endotaxială și oferă promisiuni pentru stabilizarea proprietăților cuantice la temperaturi mai practice.

(Fluierul)

Inapoi