นาโนเทคโนโลยีตอนนี้ - ข่าวประชาสัมพันธ์: ด้วยวิธีการทดลองใหม่ นักวิจัยสำรวจโครงสร้างการหมุนของวัสดุ 2 มิติเป็นครั้งแรก: จากการสังเกตโครงสร้างการหมุนในกราฟีน "มุมมหัศจรรย์" ทีมนักวิทยาศาสตร์ที่นำโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยบราวน์ได้ค้นพบวิธีแก้ปัญหามาเป็นเวลานาน สิ่งกีดขวางบนถนนที่ยืนอยู่ในสนามสอง

เผยแพร่ซ้ำโดยเพลโต

ผู้ติดตาม: 0

หน้าแรก > ข่าวประชา > ด้วยวิธีการทดลองใหม่ นักวิจัยได้ตรวจสอบโครงสร้างการหมุนในวัสดุ 2 มิติเป็นครั้งแรก: จากการสังเกตโครงสร้างการหมุนในกราฟีน "มุมมหัศจรรย์" ทีมนักวิทยาศาสตร์ที่นำโดยนักวิจัยของมหาวิทยาลัย Brown ได้ค้นพบวิธีแก้ปัญหาสำหรับสิ่งกีดขวางบนถนนที่มีมายาวนานใน สนามที่สอง

ทีมนักวิทยาศาสตร์ที่นำโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยบราวน์ได้ค้นพบโครงสร้างการหมุนของกราฟีน "มุมมหัศจรรย์" ได้ค้นพบวิธีแก้ปัญหาสำหรับสิ่งกีดขวางบนถนนที่มีมายาวนานในด้านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สองมิติ เครดิต เจียหลี่/มหาวิทยาลัยบราวน์

นามธรรม:
เป็นเวลากว่าสองทศวรรษแล้วที่นักฟิสิกส์พยายามควบคุมการหมุนของอิเล็กตรอนในวัสดุ 2 มิติ เช่น กราฟีน โดยตรง การทำเช่นนี้สามารถจุดประกายความก้าวหน้าที่สำคัญในโลกที่กำลังเติบโตของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ 2 มิติ ซึ่งเป็นสาขาที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กและยืดหยุ่นที่เร็วเป็นพิเศษทำการคำนวณตามกลศาสตร์ควอนตัม

ด้วยวิธีการทดลองใหม่ นักวิจัยตรวจสอบโครงสร้างสปินในวัสดุ 2 มิติเป็นครั้งแรก: จากการสังเกตโครงสร้างสปินในกราฟีน "มุมมหัศจรรย์" ทีมนักวิทยาศาสตร์ที่นำโดยนักวิจัยของมหาวิทยาลัยบราวน์ได้ค้นพบวิธีแก้ปัญหาสำหรับสิ่งกีดขวางบนถนนที่มีมายาวนานในภาคสนาม ของสอง

พรอวิเดนซ์ โรดไอแลนด์ | โพสต์เมื่อวันที่ 12 พฤษภาคม 2023

สิ่งที่ขัดขวางคือวิธีทั่วไปที่นักวิทยาศาสตร์วัดการหมุนของอิเล็กตรอน ซึ่งเป็นพฤติกรรมสำคัญที่ทำให้ทุกสิ่งในจักรวาลทางกายภาพมีโครงสร้างของมัน มักจะใช้ไม่ได้กับวัสดุ 2 มิติ สิ่งนี้ทำให้เป็นเรื่องยากอย่างไม่น่าเชื่อที่จะเข้าใจวัสดุอย่างถ่องแท้และขับเคลื่อนความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีบนพื้นฐานของวัสดุเหล่านั้น แต่ทีมนักวิทยาศาสตร์ที่นำโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยบราวน์เชื่อว่าตอนนี้พวกเขามีทางแก้ไขความท้าทายที่มีมายาวนานนี้แล้ว พวกเขาอธิบายวิธีแก้ปัญหาของพวกเขาในการศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์ใน Nature Physics

ในการศึกษานี้ ทีมงานซึ่งรวมถึงนักวิทยาศาสตร์จากศูนย์นาโนเทคโนโลยีบูรณาการที่ Sandia National Laboratories และมหาวิทยาลัยอินส์บรุค กล่าวถึงสิ่งที่พวกเขาเชื่อว่าเป็นการวัดครั้งแรกที่แสดงปฏิสัมพันธ์โดยตรงระหว่างอิเล็กตรอนที่หมุนในวัสดุ 2 มิติและโฟตอนที่กำลังมา จากรังสีไมโครเวฟ เรียกว่าการมีเพศสัมพันธ์ การดูดกลืนโฟตอนไมโครเวฟด้วยอิเล็กตรอนทำให้เกิดเทคนิคการทดลองแบบใหม่สำหรับการศึกษาโดยตรงถึงคุณสมบัติของวิธีที่อิเล็กตรอนหมุนในวัสดุควอนตัม 2 มิติเหล่านี้ ซึ่งสามารถใช้เป็นรากฐานสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีการคำนวณและการสื่อสารตามวัสดุเหล่านั้นได้ ถึงนักวิจัย

“โครงสร้างสปินเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของปรากฏการณ์ควอนตัม แต่เราไม่เคยมีการตรวจสอบโดยตรงในวัสดุ 2 มิติเหล่านี้เลย” Jia Li ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ที่ Brown และผู้เขียนอาวุโสของการวิจัย กล่าว “ความท้าทายดังกล่าวขัดขวางเราจากการศึกษาเกี่ยวกับการหมุนของวัสดุที่น่าสนใจเหล่านี้ในทางทฤษฎีในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา ตอนนี้เราสามารถใช้วิธีนี้ศึกษาระบบต่างๆ มากมายที่เราไม่สามารถศึกษามาก่อนได้”

นักวิจัยได้ทำการวัดวัสดุ 2 มิติที่ค่อนข้างใหม่ที่เรียกว่ากราฟีนบิดสองชั้นแบบ "มุมวิเศษ" วัสดุที่ใช้กราฟีนนี้ถูกสร้างขึ้นเมื่อชั้นคาร์บอนบางเฉียบสองแผ่นซ้อนกันและบิดเป็นมุมฉาก โดยแปลงโครงสร้างสองชั้นใหม่ให้เป็นตัวนำยิ่งยวดที่ช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลได้โดยไม่มีความต้านทานหรือสิ้นเปลืองพลังงาน เพิ่งค้นพบในปี 2018 นักวิจัยมุ่งความสนใจไปที่เนื้อหานี้เนื่องจากมีศักยภาพและความลึกลับอยู่รอบตัว

Erin Morissette นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจากห้องทดลองของ Li ที่ Brown ซึ่งเป็นหัวหน้างานกล่าวว่า “คำถามสำคัญหลายข้อที่ตั้งขึ้นในปี 2018 ยังไม่ได้รับคำตอบ

นักฟิสิกส์มักใช้เรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์หรือ NMR เพื่อวัดการหมุนของอิเล็กตรอน พวกเขาทำเช่นนี้โดยการกระตุ้นคุณสมบัติแม่เหล็กนิวเคลียร์ในวัสดุตัวอย่างโดยใช้รังสีไมโครเวฟ จากนั้นอ่านลายเซ็นต่างๆ ที่รังสีนี้ทำให้เกิดการหมุนเพื่อวัดการหมุน

ความท้าทายของวัสดุ 2D คือลายเซ็นแม่เหล็กของอิเล็กตรอนในการตอบสนองต่อการกระตุ้นด้วยไมโครเวฟนั้นเล็กเกินกว่าจะตรวจจับได้ ทีมวิจัยจึงตัดสินใจด้นสด แทนที่จะตรวจจับการดึงดูดของอิเล็กตรอนโดยตรง พวกเขาวัดการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ในความต้านทานทางอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของการดึงดูดจากการแผ่รังสีโดยใช้อุปกรณ์ที่ประดิษฐ์ขึ้นที่สถาบันนวัตกรรมโมเลกุลและนาโนสเกลที่บราวน์ ความแปรผันเล็กน้อยในการไหลของกระแสอิเล็กทรอนิกส์ทำให้นักวิจัยสามารถใช้อุปกรณ์เพื่อตรวจจับว่าอิเล็กตรอนกำลังดูดซับภาพถ่ายจากรังสีไมโครเวฟ

นักวิจัยสามารถสังเกตข้อมูลใหม่จากการทดลองได้ ทีมงานสังเกตเห็นว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างโฟตอนและอิเล็กตรอนทำให้อิเล็กตรอนในบางส่วนของระบบมีพฤติกรรมเหมือนกับในระบบต่อต้านเฟอร์โรแมกเนติก ซึ่งหมายความว่าแม่เหล็กของอะตอมบางอะตอมถูกยกเลิกโดยชุดอะตอมแม่เหล็กที่ เรียงกันในทิศทางตรงกันข้าม

วิธีการใหม่ในการศึกษาการหมุนของวัสดุ 2 มิติและการค้นพบในปัจจุบันจะไม่สามารถใช้ได้กับเทคโนโลยีในปัจจุบัน แต่ทีมวิจัยมองเห็นการใช้งานที่เป็นไปได้ซึ่งวิธีการนี้อาจนำไปสู่ในอนาคต พวกเขาวางแผนที่จะใช้วิธีการของตนต่อไปกับกราฟีนแบบบิดสองชั้น แต่ยังขยายไปสู่วัสดุ 2D อื่นๆ ด้วย

“มันเป็นชุดเครื่องมือที่หลากหลายจริงๆ ที่เราสามารถใช้เพื่อเข้าถึงส่วนสำคัญของการสั่งซื้อทางอิเล็กทรอนิกส์ในระบบที่มีความสัมพันธ์กันอย่างมากเหล่านี้ และโดยทั่วไปเพื่อทำความเข้าใจว่าอิเล็กตรอนสามารถทำงานอย่างไรในวัสดุ 2 มิติ” Morissette กล่าว

การทดลองนี้ดำเนินการจากระยะไกลในปี 2021 ที่ศูนย์นาโนเทคโนโลยีบูรณาการในนิวเม็กซิโก Mathias S. Scheurer จากมหาวิทยาลัยอินส์บรุคให้การสนับสนุนทางทฤษฎีสำหรับการสร้างแบบจำลองและทำความเข้าใจผลลัพธ์ งานดังกล่าวได้รับทุนสนับสนุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ กระทรวงกลาโหมสหรัฐฯ และสำนักงานวิทยาศาสตร์กระทรวงพลังงานของสหรัฐฯ

####

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมกรุณาคลิก โปรดคลิกที่นี่เพื่ออ่านรายละเอียดเพิ่มเติม

ติดต่อ:
ฮวน ซิลิเอซาร์
มหาวิทยาลัยบราวน์
สำนักงาน: 401-863 3766-

ลิขสิทธิ์©มหาวิทยาลัยบราวน์

หากคุณมีความคิดเห็นโปรด ติดต่อ เรา

ผู้ออกข่าวประชาสัมพันธ์ไม่ใช่ 7th Wave, Inc. หรือ Nanotechnology Now มีหน้าที่รับผิดชอบต่อความถูกต้องของเนื้อหา แต่เพียงผู้เดียว

บุ๊คมาร์ค: