محققان با روش آزمایشی جدید، برای اولین بار ساختار اسپین را در مواد دو بعدی بررسی کردند

11 مه 2023 (اخبار نانوورکبرای دو دهه، فیزیکدانان سعی کرده اند مستقیماً اسپین الکترون ها را در مواد دو بعدی مانند گرافن. انجام این کار می تواند جرقه پیشرفت های کلیدی در دنیای رو به رشد الکترونیک دوبعدی باشد، حوزه ای که دستگاه های الکترونیکی فوق سریع، کوچک و انعطاف پذیر محاسباتی را بر اساس مکانیک کوانتومی انجام می دهند. مانع این است که روش معمولی که در آن دانشمندان اسپین الکترون‌ها را اندازه‌گیری می‌کنند - رفتاری ضروری که به همه چیز در جهان فیزیکی ساختار می‌دهد - معمولاً در آن کار نمی‌کند. مواد سه بعدی. این امر درک کامل مواد و پیشبرد پیشرفت های تکنولوژیکی بر اساس آنها را بسیار دشوار می کند. اما تیمی از دانشمندان به رهبری محققان دانشگاه براون معتقدند که اکنون راهی برای دور زدن این چالش دیرینه دارند. آنها راه حل خود را در مطالعه جدید منتشر شده در فیزیک طبیعت ("احیای دیراک پاسخ تشدید را در گرافن دولایه پیچ خورده ایجاد می کند"). در این مطالعه، محققان اولین اندازه‌گیری را توصیف می‌کنند که برهمکنش مستقیم بین الکترون‌هایی که در یک ماده دوبعدی می‌چرخند و فوتون‌های ناشی از تشعشعات مایکروویو را نشان می‌دهد. (تصویر: جیا لی، دانشگاه براون) در این مطالعه، این تیم - که همچنین شامل دانشمندانی از مرکز فناوری نانو یکپارچه در آزمایشگاه ملی ساندیا و دانشگاه اینسبروک است - آنچه را که آنها معتقدند اولین اندازه گیری است که تعامل مستقیم بین الکترون‌هایی که در یک ماده دو بعدی می‌چرخند و فوتون‌هایی که از تشعشعات مایکروویو می‌آیند. جذب فوتون‌های مایکروویو توسط الکترون‌ها که کوپلینگ نامیده می‌شود، یک تکنیک تجربی جدید را برای مطالعه مستقیم خواص نحوه چرخش الکترون‌ها در این مواد کوانتومی دوبعدی ایجاد می‌کند – که می‌تواند به عنوان پایه‌ای برای توسعه فناوری‌های محاسباتی و ارتباطی بر اساس آن مواد باشد. به محققان جیا لی، استادیار فیزیک در براون و نویسنده ارشد این تحقیق می‌گوید: «ساختار اسپین مهم‌ترین بخش یک پدیده کوانتومی است، اما ما هرگز کاوشگر مستقیمی برای آن در این مواد دو بعدی نداشته‌ایم. این چالش ما را از مطالعه نظری اسپین در این مطالب جذاب در دو دهه گذشته باز داشته است. اکنون می‌توانیم از این روش برای مطالعه بسیاری از سیستم‌های مختلف استفاده کنیم که قبلاً نمی‌توانستیم مطالعه کنیم.» محققان این اندازه‌گیری‌ها را بر روی یک ماده نسبتاً جدید دو بعدی به نام گرافن دولایه پیچ خورده با زاویه جادویی انجام دادند. این ماده مبتنی بر گرافن زمانی ایجاد می‌شود که دو ورقه از لایه‌های بسیار نازک کربن روی هم چیده شده و تا زاویه مناسب بپیچانند، ساختار دولایه جدید را به یک ابررسانا تبدیل می‌کند که اجازه می‌دهد برق بدون مقاومت یا اتلاف انرژی جریان یابد. محققان به تازگی در سال 2018 کشف شدند و به دلیل پتانسیل و رمز و راز پیرامون آن، بر روی این ماده تمرکز کردند. ارین موریست، دانشجوی فارغ التحصیل در آزمایشگاه لی در براون که کار را رهبری می کرد، گفت: «بسیاری از سؤالات اصلی که در سال 2018 مطرح شد، هنوز پاسخ داده نشده اند. فیزیکدانان معمولاً از تشدید مغناطیسی هسته ای یا NMR برای اندازه گیری اسپین الکترون ها استفاده می کنند. آنها این کار را با تحریک خواص مغناطیسی هسته ای در یک ماده نمونه با استفاده از تشعشعات مایکروویو و سپس خواندن نشانه های مختلف این تابش برای اندازه گیری اسپین انجام می دهند. چالش مواد دوبعدی این است که امضای مغناطیسی الکترون ها در پاسخ به تحریک مایکروویو برای شناسایی بسیار کوچک است. تیم تحقیقاتی تصمیم گرفت بداهه نویسی کند. آنها به جای تشخیص مستقیم مغناطش الکترون‌ها، تغییرات ظریف مقاومت الکترونیکی را اندازه‌گیری کردند که ناشی از تغییرات مغناطیسی ناشی از تابش با استفاده از دستگاهی بود که در موسسه نوآوری‌های مولکولی و نانومقیاس در براون ساخته شد. این تغییرات کوچک در جریان جریان های الکترونیکی به محققان اجازه داد تا از دستگاه برای تشخیص اینکه الکترون ها عکس های تابش مایکروویو را جذب می کنند، استفاده کنند. محققان توانستند اطلاعات جدیدی را از آزمایش‌ها مشاهده کنند. برای مثال، این تیم متوجه شد که برهمکنش بین فوتون‌ها و الکترون‌ها باعث می‌شود که الکترون‌ها در بخش‌های خاصی از سیستم مانند یک سیستم ضد فرومغناطیسی رفتار کنند - به این معنی که مغناطیس برخی اتم‌ها توسط مجموعه‌ای از اتم‌های مغناطیسی لغو شد. در جهت معکوس تراز شده است. روش جدید برای مطالعه اسپین در مواد دوبعدی و یافته‌های کنونی امروز برای فناوری کاربردی نخواهد بود، اما تیم تحقیقاتی کاربردهای بالقوه‌ای را مشاهده می‌کنند که این روش می‌تواند در آینده به آنها منجر شود. آنها قصد دارند به استفاده از روش خود در گرافن دولایه پیچ خورده ادامه دهند، اما آن را به سایر مواد دو بعدی نیز گسترش دهند. موریست گفت: «این یک مجموعه ابزار واقعاً متنوع است که می‌توانیم از آن برای دسترسی به بخش مهمی از نظم الکترونیکی در این سیستم‌های همبسته قوی و به طور کلی برای درک نحوه رفتار الکترون‌ها در مواد دو بعدی استفاده کنیم». این آزمایش از راه دور در سال 2021 در مرکز فناوری نانو یکپارچه در نیومکزیکو انجام شد. ماتیاس اس.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• ضرب کردن آینده با آدرین اشلی. دسترسی به اینجا.
• خرید و فروش سهام در شرکت های PRE-IPO با PREIPO®. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62979.php