โครงตาข่ายเซมิคอนดักเตอร์แต่งงานกับอิเล็กตรอนและโมเมนต์แม่เหล็ก

22 มี.ค. 2023 (ข่าวนาโนเวิร์ค) ระบบแบบจำลองที่สร้างขึ้นโดยการวางเซมิคอนดักเตอร์ชั้นเดียวซ้อนกันทำให้นักฟิสิกส์มีวิธีที่ง่ายกว่าในการศึกษาพฤติกรรมควอนตัมที่รบกวน ตั้งแต่เฟอร์มิออนหนักไปจนถึงการเปลี่ยนเฟสควอนตัมที่แปลกใหม่ กระดาษของกลุ่มเผยแพร่ใน ธรรมชาติ (“Fermions หนักที่ปรับแต่งประตูได้ใน Moiré Kondo Lattice”). ผู้เขียนนำคือเพื่อนหลังปริญญาเอก Wenjin Zhao ในสถาบัน Kavli ที่ Cornell โครงการนี้นำโดย Kin Fai Mak ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ในวิทยาลัยศิลปะและวิทยาศาสตร์ และ Jie Shan ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ประยุกต์และวิศวกรรมใน Cornell Engineering และใน A&S ผู้เขียนร่วมอาวุโสของบทความนี้ นักวิจัยทั้งสองเป็นสมาชิกของ Kavli Institute; พวกเขามาที่ Cornell ผ่านการริเริ่มของ Nanoscale Science and Microsystems Engineering (NEXT Nano) ของพระครู ภาพจากกล้องจุลทรรศน์อิเลคตรอนแบบส่องผ่านแสดงโครงตาข่ายมัวเรของโมลิบดีนัมไดเทลลูไรด์และทังสเตนไดเซเลไนด์ (ภาพ: Yu-Tsun Shao และ David Muller) ทีมงานออกเดินทางเพื่อจัดการกับสิ่งที่เรียกว่า Kondo effect ซึ่งตั้งชื่อตาม Jun Kondo นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีชาวญี่ปุ่น ประมาณหกทศวรรษที่แล้ว นักฟิสิกส์เชิงทดลองค้นพบว่าการนำโลหะมาแทนที่อะตอมเพียงเล็กน้อยด้วยสิ่งเจือปนแม่เหล็ก พวกมันสามารถกระจายอิเล็กตรอนการนำไฟฟ้าของวัสดุและเปลี่ยนแปลงสภาพต้านทานอย่างรุนแรงได้ ปรากฏการณ์ดังกล่าวทำให้นักฟิสิกส์งงงวย แต่ Kondo อธิบายด้วยแบบจำลองที่แสดงให้เห็นว่าอิเล็กตรอนนำไฟฟ้าสามารถ "คัดกรอง" สิ่งเจือปนแม่เหล็กได้อย่างไร เช่น การที่อิเล็กตรอนหมุนจับคู่กับการหมุนของสิ่งเจือปนแม่เหล็กในทิศทางตรงกันข้าม เกิดเป็นซิงเกิล ในขณะที่ตอนนี้เข้าใจปัญหาสิ่งเจือปน Kondo เป็นอย่างดีแล้ว ปัญหา Kondo lattice – หนึ่งที่มีโมเมนต์แม่เหล็กแบบขัดแตะปกติแทนที่จะเป็นสิ่งเจือปนแม่เหล็กแบบสุ่ม – มีความซับซ้อนมากขึ้นและทำให้นักฟิสิกส์นิ่งงัน การศึกษาเชิงทดลองของปัญหาโครงตาข่ายคอนโดะมักเกี่ยวข้องกับสารประกอบระหว่างโลหะของธาตุหายาก แต่วัสดุเหล่านี้ก็มีข้อจำกัดในตัวเอง “เมื่อคุณเลื่อนลงไปจนถึงด้านล่างสุดของตารางธาตุ คุณจะพบกับอิเล็กตรอน 70 ตัวในอะตอมหนึ่งอะตอม” แมคกล่าว “โครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุนั้นซับซ้อนมาก เป็นการยากที่จะอธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นแม้ว่าจะไม่มีปฏิสัมพันธ์กับ Kondo” นักวิจัยได้จำลองโครงตาข่าย Kondo โดยการซ้อนชั้นเดียวบางเฉียบของสารกึ่งตัวนำ XNUMX ชนิด ได้แก่ โมลิบดีนัมไดเทลลูไรด์ซึ่งปรับให้อยู่ในสถานะฉนวน Mott และทังสเตนไดเซเลไนด์ซึ่งเจือด้วยอิเล็กตรอนนำไฟฟ้า วัสดุเหล่านี้ง่ายกว่าสารประกอบระหว่างโลหะขนาดใหญ่มาก และมีการซ้อนกันด้วยการบิดอย่างชาญฉลาด ด้วยการหมุนเลเยอร์ในมุม 180 องศา การทับซ้อนกันทำให้เกิดรูปแบบตาข่ายมัวเรที่ดักจับอิเล็กตรอนแต่ละตัวในช่องเล็กๆ คล้ายกับไข่ในกล่องไข่ การกำหนดค่านี้หลีกเลี่ยงความยุ่งยากของอิเล็กตรอนหลายสิบตัวที่รวมตัวกันในธาตุหายาก และแทนที่จะต้องใช้เคมีในการเตรียมอาร์เรย์ของโมเมนต์แม่เหล็กปกติในสารประกอบระหว่างโลหะ โครงตาข่าย Kondo แบบง่ายต้องการเพียงแบตเตอรี่เท่านั้น เมื่อมีการจ่ายแรงดันไฟฟ้าอย่างถูกต้อง วัสดุจะถูกสั่งให้สร้างโครงตาข่ายของสปิน และเมื่อหมุนไปที่แรงดันไฟฟ้าอื่น สปินจะดับลง ทำให้เกิดระบบที่ปรับได้อย่างต่อเนื่อง “ทุกอย่างจะง่ายขึ้นและควบคุมได้มากขึ้น” Mak กล่าว นักวิจัยสามารถปรับมวลอิเล็กตรอนและความหนาแน่นของสปินได้อย่างต่อเนื่อง ซึ่งไม่สามารถทำได้ในวัสดุทั่วไป และในกระบวนการนี้ พวกเขาสังเกตเห็นว่าอิเล็กตรอนที่แต่งด้วยสปินแลตทิซจะหนักกว่า "เปลือย" ถึง 10 ถึง 20 เท่า ” อิเล็กตรอน ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ ความสามารถในการปรับค่าได้ยังสามารถเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนเฟสของควอนตัม โดยที่อิเล็กตรอนหนักจะกลายเป็นอิเล็กตรอนเบา ในระหว่างนั้น มีความเป็นไปได้ที่จะเกิดเฟสโลหะ "แปลกๆ" ซึ่งความต้านทานไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตามอุณหภูมิ การตระหนักถึงการเปลี่ยนแปลงประเภทนี้อาจเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการทำความเข้าใจปรากฏการณ์วิทยาของตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงในออกไซด์ของทองแดง "ผลลัพธ์ของเราสามารถเป็นเกณฑ์มาตรฐานในห้องปฏิบัติการสำหรับนักทฤษฎี" Mak กล่าว “ในฟิสิกส์ของสสารควบแน่น นักทฤษฎีพยายามจัดการกับปัญหาที่ซับซ้อนของอิเล็กตรอนที่มีปฏิสัมพันธ์นับล้านล้านตัว คงจะดีมากถ้าพวกเขาไม่ต้องกังวลกับเรื่องยุ่งยากอื่นๆ เช่น เคมีและวัสดุศาสตร์ในวัสดุจริง ดังนั้นพวกเขาจึงมักศึกษาวัสดุเหล่านี้ด้วยแบบจำลองตาข่าย Kondo 'วัวทรงกลม'

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62648.php