تكنولوجيا النانو الآن - بيان صحفي: باستخدام طريقة تجريبية جديدة، يستكشف الباحثون بنية الدوران في مواد ثنائية الأبعاد لأول مرة: من خلال مراقبة بنية الدوران في الجرافين "ذات الزاوية السحرية"، وجد فريق من العلماء بقيادة باحثين من جامعة براون حلاً بديلاً لفترة طويلة حاجز يقف في مجال اثنين

أعاد نشره أفلاطون

المتابعون: 0

الصفحة الرئيسية > صحافة > باستخدام طريقة تجريبية جديدة، اكتشف الباحثون بنية الدوران في مواد ثنائية الأبعاد لأول مرة: من خلال مراقبة بنية الدوران في الجرافين "ذات الزاوية السحرية"، وجد فريق من العلماء بقيادة باحثين من جامعة براون حلاً بديلاً لحاجز طويل الأمد في مجال اثنين

من خلال مراقبة بنية الدوران في الجرافين "ذات الزاوية السحرية"، وجد فريق من العلماء بقيادة باحثين من جامعة براون حلاً بديلاً لحاجز طويل الأمد في مجال الإلكترونيات ثنائية الأبعاد. ائتمان جيا لي / جامعة براون

المستخلص:
على مدار عقدين من الزمن، حاول الفيزيائيون التحكم بشكل مباشر في دوران الإلكترونات في المواد ثنائية الأبعاد مثل الجرافين. إن القيام بذلك يمكن أن يؤدي إلى تقدم كبير في عالم الإلكترونيات ثنائية الأبعاد المزدهر، وهو مجال تقوم فيه الأجهزة الإلكترونية الصغيرة والمرنة فائقة السرعة بتنفيذ عمليات حسابية تعتمد على ميكانيكا الكم.

باستخدام طريقة تجريبية جديدة ، قام الباحثون بالتحقيق في بنية الدوران في المواد ثنائية الأبعاد لأول مرة: من خلال مراقبة بنية الدوران في الجرافين "ذي الزاوية السحرية" ، وجد فريق من العلماء بقيادة باحثين من جامعة براون حلًا بديلًا لحاجز طويل الأمد في هذا المجال من اثنان

بروفيدنس، ري | تم النشر في 12 مايو 2023

ما يقف في طريق ذلك هو أن الطريقة النموذجية التي يقيس بها العلماء دوران الإلكترونات - وهو السلوك الأساسي الذي يعطي كل شيء في الكون المادي بنيته - لا تعمل عادةً في المواد ثنائية الأبعاد. وهذا يجعل من الصعب للغاية فهم المواد بشكل كامل ودفع التقدم التكنولوجي القائم عليها. لكن فريقًا من العلماء بقيادة باحثين من جامعة براون يعتقدون أن لديهم الآن طريقة للتغلب على هذا التحدي الطويل الأمد. يصفون الحل الذي توصلوا إليه في دراسة جديدة نشرت في مجلة Nature Physics.

في الدراسة، يصف الفريق - الذي يضم أيضًا علماء من مركز تقنيات النانو المتكاملة في مختبرات سانديا الوطنية، وجامعة إنسبروك - ما يعتقدون أنه أول قياس يظهر التفاعل المباشر بين الإلكترونات التي تدور في مادة ثنائية الأبعاد والفوتونات القادمة. من إشعاع الميكروويف. يُطلق عليه اسم الاقتران، ويؤدي امتصاص فوتونات الموجات الميكروية بواسطة الإلكترونات إلى إنشاء تقنية تجريبية جديدة لدراسة خصائص كيفية دوران الإلكترونات في هذه المواد الكمومية ثنائية الأبعاد بشكل مباشر - وهي تقنية يمكن أن تكون بمثابة أساس لتطوير التقنيات الحسابية والاتصالات القائمة على تلك المواد، وفقًا للباحثين.

قال جيا لي، أستاذ مساعد في الفيزياء في جامعة براون وكبير مؤلفي البحث: "إن بنية الدوران هي الجزء الأكثر أهمية في الظاهرة الكمومية، لكننا لم يكن لدينا قط مسبار مباشر لها في هذه المواد ثنائية الأبعاد". "لقد منعنا هذا التحدي من الدراسة النظرية للدوران في هذه المواد الرائعة على مدى العقدين الماضيين. يمكننا الآن استخدام هذه الطريقة لدراسة الكثير من الأنظمة المختلفة التي لم نتمكن من دراستها من قبل.

أجرى الباحثون قياسات على مادة ثنائية الأبعاد جديدة نسبيًا تسمى الجرافين ثنائي الطبقة الملتوي "الزاوية السحرية". يتم إنشاء هذه المادة القائمة على الجرافين عندما يتم تكديس طبقتين من طبقات الكربون فائقة الرقة ولفهما بالزاوية الصحيحة، مما يحول الهيكل الجديد مزدوج الطبقات إلى موصل فائق يسمح للكهرباء بالتدفق دون مقاومة أو هدر الطاقة. تم اكتشافها للتو في عام 2، وركز الباحثون على المادة بسبب الإمكانات والغموض المحيط بها.

قالت إيرين موريسيت ، طالبة الدراسات العليا في مختبر لي في براون والتي قادت العمل: "الكثير من الأسئلة الرئيسية التي طُرحت في عام 2018 لم تتم الإجابة عليها بعد".

يستخدم الفيزيائيون عادةً الرنين المغناطيسي النووي أو NMR لقياس دوران الإلكترونات. يقومون بذلك عن طريق إثارة الخصائص المغناطيسية النووية في عينة من المواد باستخدام إشعاع الميكروويف ثم قراءة التوقيعات المختلفة التي يسببها هذا الإشعاع لقياس الدوران.

التحدي الذي تواجهه المواد ثنائية الأبعاد هو أن التوقيع المغناطيسي للإلكترونات استجابةً لإثارة الموجات الميكروية صغير جدًا بحيث لا يمكن اكتشافه. قرر فريق البحث الارتجال. بدلًا من الكشف المباشر عن مغنطة الإلكترونات، قاموا بقياس التغيرات الطفيفة في المقاومة الإلكترونية، والتي نتجت عن التغيرات في مغنطة الإشعاع باستخدام جهاز تم تصنيعه في معهد الابتكار الجزيئي والنانوي في جامعة براون. هذه الاختلافات الصغيرة في تدفق التيارات الإلكترونية سمحت للباحثين باستخدام الجهاز لاكتشاف أن الإلكترونات تمتص الصور من إشعاع الميكروويف.

وتمكن الباحثون من ملاحظة معلومات جديدة من التجارب. لاحظ الفريق، على سبيل المثال، أن التفاعلات بين الفوتونات والإلكترونات جعلت الإلكترونات في أقسام معينة من النظام تتصرف كما تفعل في نظام مضاد للمغناطيسية الحديدية، مما يعني أن مغناطيسية بعض الذرات تم إلغاؤها بواسطة مجموعة من الذرات المغناطيسية التي هي محاذاة في الاتجاه المعاكس.

لن تكون الطريقة الجديدة لدراسة الدوران في المواد ثنائية الأبعاد والنتائج الحالية قابلة للتطبيق على التكنولوجيا اليوم، لكن فريق البحث يرى تطبيقات محتملة يمكن أن تؤدي إليها هذه الطريقة في المستقبل. إنهم يخططون لمواصلة تطبيق طريقتهم على الجرافين الملتوي ثنائي الطبقة، ولكن أيضًا توسيعها لتشمل مواد أخرى ثنائية الأبعاد.

قال موريسيت: "إنها مجموعة أدوات متنوعة حقًا يمكننا استخدامها للوصول إلى جزء مهم من النظام الإلكتروني في هذه الأنظمة المترابطة بقوة، وبشكل عام لفهم كيف يمكن للإلكترونات أن تتصرف في المواد ثنائية الأبعاد".

وتم إجراء التجربة عن بعد عام 2021 في مركز تقنيات النانو المتكاملة في نيو مكسيكو. قدم ماتياس س. شورير من جامعة إنسبروك الدعم النظري لنمذجة وفهم النتيجة. وتضمن العمل تمويلًا من المؤسسة الوطنية للعلوم، ووزارة الدفاع الأمريكية، ومكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة الأمريكية.

####

لمزيد من المعلومات ، يرجى الضغط هنا

جهات الاتصال:
خوان سيليزار
جامعة براون
مكتب: 401-863-3766

حقوق الطبع والنشر © جامعة براون

إذا كان لديك تعليق ، من فضلك اتصل بنا لنا.

جهات إصدار النشرات الإخبارية ، وليس 7th Wave، Inc. أو Nanotechnology Now ، هي المسؤولة وحدها عن دقة المحتوى.

المرجعية: