باستخدام طريقة تجريبية جديدة ، يقوم الباحثون بسبر بنية الدوران في المواد ثنائية الأبعاد لأول مرة

11 مايو 2023 (أخبار Nanowerk) على مدى عقدين من الزمن ، حاول الفيزيائيون التلاعب مباشرة بدوران الإلكترونات في مواد ثنائية الأبعاد مثل الجرافين. يمكن أن يؤدي القيام بذلك إلى إحداث تقدم كبير في عالم الإلكترونيات ثنائية الأبعاد المزدهر ، وهو مجال تجري فيه الأجهزة الإلكترونية فائقة السرعة والصغيرة والمرنة عمليات حسابية تعتمد على ميكانيكا الكم. يقف في الطريق أن الطريقة النموذجية التي يقيس بها العلماء دوران الإلكترونات - وهو سلوك أساسي يعطي كل شيء في الكون المادي بنيته - لا تعمل عادةً في مواد 2D. هذا 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 طويل الأمد. يصفون حلهم في دراسة جديدة نشرت في فيزياء الطبيعة ("إحياء ديراك يؤدي إلى استجابة طنين في الجرافين ثنائي الطبقة الملتوي"). في هذه الدراسة ، وصف الباحثون ما يعتقدون أنه القياس الأول الذي يظهر تفاعلًا مباشرًا بين الإلكترونات التي تدور في مادة ثنائية الأبعاد والفوتونات القادمة من إشعاع الميكروويف. (الصورة: جيا لي ، جامعة براون) في الدراسة ، وصف الفريق - الذي يضم أيضًا علماء من مركز تقنيات النانو المتكاملة في مختبرات سانديا الوطنية وجامعة إنسبروك - ما يعتقدون أنه القياس الأول الذي يظهر تفاعلًا مباشرًا بين تدور الإلكترونات في مادة ثنائية الأبعاد والفوتونات القادمة من إشعاع الميكروويف. يُطلق على عملية امتصاص فوتونات الميكروويف بواسطة الإلكترونات ، والتي تسمى اقترانًا ، إنشاء تقنية تجريبية جديدة لدراسة خصائص كيفية دوران الإلكترونات في هذه المواد الكمومية ثنائية الأبعاد بشكل مباشر - وهو ما يمكن أن يكون بمثابة أساس لتطوير تقنيات حسابية واتصالية تعتمد على تلك المواد ، وفقًا للباحثين. قال جيا لي ، الأستاذ المساعد للفيزياء في براون وكبير مؤلفي البحث: "بنية الدوران هي أهم جزء في ظاهرة الكم ، لكننا لم نمتلك مطلقًا مسبارًا مباشرًا لها في هذه المواد ثنائية الأبعاد". "لقد منعنا هذا التحدي من دراسة الدوران في هذه المواد الرائعة نظريًا على مدار العقدين الماضيين. يمكننا الآن استخدام هذه الطريقة لدراسة الكثير من الأنظمة المختلفة التي لم نتمكن من دراستها من قبل ". أجرى الباحثون القياسات على مادة ثنائية الأبعاد جديدة نسبيًا تسمى "زاوية سحرية" جرافين ثنائي الطبقة ملتوي. يتم إنشاء هذه المادة القائمة على الجرافين عندما يتم تكديس طبقتين من طبقات الكربون الرفيعة للغاية ولفها بالزاوية الصحيحة فقط ، مما يؤدي إلى تحويل الهيكل الجديد مزدوج الطبقات إلى موصل فائق يسمح للكهرباء بالتدفق دون مقاومة أو إهدار للطاقة. اكتشف الباحثون للتو في عام 2018 ، وركزوا 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 عادة الرنين المغناطيسي النووي أو NMR لقياس دوران الإلكترونات. يفعلون ذلك عن طريق إثارة الخصائص المغناطيسية النووية في عينة مادة باستخدام إشعاع الميكروويف ثم قراءة التوقيعات المختلفة التي يسببها هذا الإشعاع لقياس الدوران. التحدي مع المواد ثنائية الأبعاد هو أن التوقيع المغناطيسي للإلكترونات استجابة لإثارة الميكروويف صغير جدًا بحيث لا يمكن اكتشافه. قرر فريق البحث الارتجال. بدلاً من الكشف المباشر عن مغنطة الإلكترونات ، قاموا بقياس التغيرات الطفيفة في المقاومة الإلكترونية ، والتي نتجت عن التغيرات في مغنطة الإشعاع باستخدام جهاز مصنوع في معهد الابتكار الجزيئي والنانوي في براون. سمحت هذه الاختلافات الصغيرة في تدفق التيارات الإلكترونية للباحثين باستخدام الجهاز لاكتشاف أن الإلكترونات تمتص الصور من إشعاع الميكروويف. تمكن 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 لو كانت في نظام مضاد للمغناطيسية الحديدية - مما يعني أن مغناطيسية بعض الذرات ألغيت بواسطة مجموعة من الذرات المغناطيسية محاذاة في اتجاه عكسي. لن تكون الطريقة الجديدة لدراسة الدوران في المواد ثنائية الأبعاد والنتائج الحالية قابلة للتطبيق على التكنولوجيا اليوم ، لكن فريق البحث يرى التطبيقات المحتملة التي قد تؤدي إليها الطريقة في المستقبل. إنهم يخططون لمواصلة تطبيق طريقتهم على الجرافين ثنائي الطبقة الملتوي ولكن أيضًا توسيعه ليشمل مواد أخرى ثنائية الأبعاد. قال موريسيت: "إنها مجموعة أدوات متنوعة حقًا يمكننا استخدامها للوصول إلى جزء مهم من النظام الإلكتروني في هذه الأنظمة المترابطة بشدة وبشكل عام لفهم كيفية تصرف الإلكترونات في المواد ثنائية الأبعاد". أجريت التجربة عن بعد في عام 2021 في مركز تقنيات النانو المتكاملة في نيو مكسيكو. ماتياس س.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• أفلاطونايستريم. ذكاء بيانات Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• سك المستقبل مع أدرين أشلي. الوصول هنا.
• شراء وبيع الأسهم في شركات ما قبل الاكتتاب مع PREIPO®. الوصول هنا.
• المصدر https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62979.php