ด้วยวิธีการทดลองแบบใหม่ นักวิจัยได้ทำการสำรวจโครงสร้างสปินในวัสดุ 2 มิติเป็นครั้งแรก

11 พ.ค. 2023 (ข่าวนาโนเวิร์ค) เป็นเวลากว่าสองทศวรรษที่นักฟิสิกส์พยายามควบคุมการหมุนของอิเล็กตรอนโดยตรงในวัสดุ 2 มิติ เช่น กราฟีน. การทำเช่นนี้อาจจุดประกายความก้าวหน้าที่สำคัญในโลกที่กำลังขยายตัวของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบ 2 มิติ ซึ่งเป็นสาขาที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กและยืดหยุ่นที่เร็วมากดำเนินการคำนวณโดยใช้กลศาสตร์ควอนตัม สิ่งที่ขวางทางคือวิธีทั่วไปที่นักวิทยาศาสตร์วัดการหมุนของอิเล็กตรอน ซึ่งเป็นพฤติกรรมสำคัญที่ทำให้ทุกสิ่งในจักรวาลทางกายภาพมีโครงสร้างของมัน มักจะใช้ไม่ได้ผล วัสดุ 2 มิติ. สิ่งนี้ทำให้ยากอย่างเหลือเชื่อที่จะเข้าใจเนื้อหาทั้งหมดและขับเคลื่อนความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีโดยอาศัยข้อมูลเหล่านี้ แต่ทีมนักวิทยาศาสตร์ที่นำโดยนักวิจัยแห่งมหาวิทยาลัยบราวน์เชื่อว่าตอนนี้พวกเขามีวิธีจัดการกับความท้าทายที่มีมาอย่างยาวนานนี้ได้ พวกเขาอธิบายวิธีแก้ปัญหาในการศึกษาใหม่ที่เผยแพร่ใน ฟิสิกส์ธรรมชาติ (“การฟื้นฟู Dirac ทำให้เกิดการตอบสนองเสียงสะท้อนในกราฟีน bilayer ที่บิดเบี้ยว”). ในการศึกษานี้ นักวิจัยได้อธิบายถึงสิ่งที่พวกเขาเชื่อว่าเป็นการวัดครั้งแรกที่แสดงปฏิสัมพันธ์โดยตรงระหว่างอิเล็กตรอนที่หมุนอยู่ในวัสดุ 2 มิติและโฟตอนที่มาจากรังสีไมโครเวฟ (ภาพ: Jia Li, Brown University) ในการศึกษานี้ ทีมงานซึ่งรวมถึงนักวิทยาศาสตร์จาก Center for Integrated Nanotechnologies ที่ Sandia National Laboratories และ University of Innsbruck ได้อธิบายถึงสิ่งที่พวกเขาเชื่อว่าเป็นการวัดครั้งแรกที่แสดงปฏิสัมพันธ์โดยตรงระหว่าง อิเล็กตรอนที่หมุนอยู่ในวัสดุ 2 มิติและโฟตอนที่มาจากการแผ่รังสีไมโครเวฟ เรียกว่าการมีเพศสัมพันธ์ การดูดกลืนโฟตอนไมโครเวฟโดยอิเล็กตรอนสร้างเทคนิคการทดลองใหม่สำหรับการศึกษาคุณสมบัติของการหมุนของอิเล็กตรอนในวัสดุควอนตัม 2 มิติโดยตรง ซึ่งเป็นเทคนิคที่สามารถใช้เป็นรากฐานสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีการคำนวณและการสื่อสารตามวัสดุเหล่านั้น ให้กับนักวิจัย Jia Li ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ของ Brown และผู้เขียนอาวุโสของงานวิจัยกล่าวว่า "โครงสร้างสปินเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของปรากฏการณ์ควอนตัม แต่เราไม่เคยมีเครื่องมือตรวจสอบโดยตรงสำหรับมันในวัสดุ 2 มิติเหล่านี้" “ความท้าทายดังกล่าวทำให้เราไม่สามารถศึกษาการหมุนในทางทฤษฎีในเนื้อหาที่น่าสนใจเหล่านี้ได้ในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา ตอนนี้เราสามารถใช้วิธีนี้เพื่อศึกษาระบบต่างๆ มากมายที่เราไม่สามารถศึกษาได้มาก่อน” นักวิจัยทำการวัดด้วยวัสดุ 2 มิติที่ค่อนข้างใหม่ที่เรียกว่ากราฟีนบิดเกลียวแบบ “มุมมหัศจรรย์” วัสดุที่ใช้กราฟีนนี้สร้างขึ้นเมื่อชั้นคาร์บอนบางเฉียบสองแผ่นซ้อนกันและบิดเป็นมุมฉาก แปลงโครงสร้างสองชั้นใหม่ให้กลายเป็นตัวนำยิ่งยวดที่ช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลโดยไม่มีความต้านทานหรือสิ้นเปลืองพลังงาน เพิ่งค้นพบในปี 2018 นักวิจัยมุ่งเน้นไปที่เนื้อหาเนื่องจากศักยภาพและความลึกลับที่อยู่รอบตัว Erin Morissette นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจากห้องทดลองของ Li ที่ Brown ซึ่งเป็นหัวหน้างานกล่าวว่า “คำถามสำคัญหลายข้อที่ตั้งขึ้นในปี 2018 ยังไม่ได้รับคำตอบ นักฟิสิกส์มักจะใช้นิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์หรือ NMR เพื่อวัดการหมุนของอิเล็กตรอน พวกเขาทำสิ่งนี้โดยกระตุ้นคุณสมบัติของแม่เหล็กนิวเคลียร์ในวัสดุตัวอย่างโดยใช้รังสีไมโครเวฟ จากนั้นอ่านลายเซ็นต่างๆ ที่รังสีนี้ทำให้เกิดการวัดการหมุน ความท้าทายของวัสดุ 2 มิติคือลายเซ็นแม่เหล็กของอิเล็กตรอนที่ตอบสนองต่อการกระตุ้นด้วยคลื่นไมโครเวฟนั้นน้อยเกินไปที่จะตรวจจับได้ ทีมวิจัยตัดสินใจด้นสด แทนที่จะตรวจจับการดึงดูดของอิเล็กตรอนโดยตรง พวกเขาวัดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของความต้านทานทางอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของการสะกดจิตจากการแผ่รังสีโดยใช้อุปกรณ์ที่ประดิษฐ์ขึ้นที่สถาบันนวัตกรรมระดับโมเลกุลและนาโนที่บราวน์ การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในการไหลของกระแสอิเล็กทรอนิกส์ทำให้นักวิจัยสามารถใช้อุปกรณ์เพื่อตรวจจับว่าอิเล็กตรอนกำลังดูดซับภาพถ่ายจากรังสีไมโครเวฟ นักวิจัยสามารถสังเกตข้อมูลใหม่จากการทดลอง ตัวอย่างเช่น ทีมงานสังเกตว่าปฏิกิริยาระหว่างโฟตอนและอิเล็กตรอนทำให้อิเล็กตรอนในบางส่วนของระบบมีพฤติกรรมเหมือนที่พวกมันจะทำในระบบต่อต้านแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าอำนาจแม่เหล็กของอะตอมบางส่วนถูกยกเลิกโดยชุดของอะตอมแม่เหล็กที่ เรียงตัวกันในทิศทางกลับกัน วิธีการใหม่สำหรับการศึกษาการหมุนในวัสดุ 2 มิติและการค้นพบในปัจจุบันจะไม่สามารถใช้ได้กับเทคโนโลยีในปัจจุบัน แต่ทีมวิจัยมองเห็นศักยภาพของการใช้งานที่วิธีนี้อาจนำไปสู่ในอนาคต พวกเขาวางแผนที่จะใช้วิธีการต่อไปกับกราฟีน bilayer ที่บิด แต่ยังขยายไปยังวัสดุ 2 มิติอื่น ๆ “มันเป็นชุดเครื่องมือที่หลากหลายมากที่เราสามารถใช้เพื่อเข้าถึงส่วนสำคัญของคำสั่งอิเล็กทรอนิกส์ในระบบที่สัมพันธ์กันอย่างมากเหล่านี้ และโดยทั่วไปเพื่อทำความเข้าใจว่าอิเล็กตรอนสามารถทำงานอย่างไรในวัสดุ 2 มิติ” Morissette กล่าว การทดลองดำเนินการทางไกลในปี 2021 ที่ศูนย์นาโนเทคโนโลยีบูรณาการในนิวเม็กซิโก มาธิอัส เอส.

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตไอสตรีม. ข้อมูลอัจฉริยะ Web3 ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
• การสร้างอนาคตโดย Adryenn Ashley เข้าถึงได้ที่นี่.
• ซื้อและขายหุ้นในบริษัท PRE-IPO ด้วย PREIPO® เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62979.php