Bidh luchd-fiosaig a’ riaghladh criostal de eleactronan a chruthachadh

  • Roinn Seo
Ricky Joseph

Ann an 1934, mhol Eugene Wigner structar coltach ri criostal air a chruthachadh le dealanan. Is e criostal dealanach no criostal Wigner a chanas sinn ris. Wigner air a thomhas - a’ ro-innse an saoghal practaigeach. Rinn e fàisneachd, nuair a bhiodh feachdan ath-chuingealaichte nan dealanan a' faighinn thairis air agus a' faighinn thairis air an lùth cineatach, gun cruthaicheadh ​​structaran criostal.

Bho mhol Wigner, tha luchd-saidheans air feadh an t-saoghail air feuchainn ri criostal mar seo a chruthachadh, agus tha corra fianais mu chruthachadh deuchainneach . Ach, tha an obair ùr a 'coileanadh rudeigin eadar-dhealaichte. Chan eil e gu leòr dhut a chruthachadh. A bharrachd air cruthachadh, feumaidh sinn coimhead air criostalan. Mar sin feumaidh luchd-saidheans coimhead airson an fhoirm as seasmhaiche a tha comasach. Ann an sgrùdadh ùr a chaidh fhoillseachadh anns an iris Nature , tha luchd-saidheans a’ coimhead airson sin dìreach.

Duilgheadas ann an criostal dealanach

Ceart gu leòr, bruidhinn furasta – ach leig dhuinn a chuir ann an sealladh beagan den duilgheadas a thaobh cruthachadh criostalan Wigner. Tha electronan gu math beothail. Timcheall atom, mar eisimpleir, bidh iad a 'gluasad mar rud seòlta. Tha fios agad air a 'chloinn sin, ge bith dè an ìre a tha am pàrantan a' toirt aire, nach urrainn dhaibh stad? Tha dealan dìreach mar sin, leis an eadar-dhealachadh gu bheil e tòrr nas duilghe stad.

Sin as coireach gu feum ath-bhualadh Coulomb faighinn thairis air lùth cineatach. Smaoinich sinn. Tha criostal na structar far a bheil na dadaman air an eagrachadh ann an structaran statach, is e sin, stad agus eagrachadh. Achchan eil an dà fhacal seo ann an saoghal nan dealanan. Ma gheibh sinn gu leòr eleactronan, agus cuir às do lùth cineatach, nuair a bhios sinn ag ath-aithris na dealanan a dhol an sàs, agus cuir air dòigh iad fhèin leis na feachdan.

“’S e meacanaig cuantamach a th’ ann an dealanan. Fiù mura dèan thu dad dhaibh, bidh iad a’ gluasad gun spionnadh fad na h-ùine, ”thuirt Kin Fai Mak, àrd-ollamh co-cheangailte aig Oilthigh Cornell, ann an aithris. “Bhiodh criostail dealanach buailteach tuiteam às a chèile, oir tha e cho duilich na dealanan a chumail stèidhichte ann am pàtran bho àm gu àm.”

“Feumaidh tu na suidheachaidhean ceart a choileanadh gus criostal dealanach a chruthachadh, agus aig an aon àm ùine Aig an aon àm, tha iad cuideachd cugallach,” mhìnich Mak. Thuirt e: “Feumaidh tu dòigh mhath air an sgrùdadh. Chan eil thu dha-rìribh ag iarraidh dragh mòr a chuir orra le bhith gan sgrùdadh.”

A’ faighinn thairis air dùbhlain

Às deidh dhaibh an eanchainn a thogail, mar sin, lorg luchd-saidheans fuasgladh a dh’ fhaodadh a bhith air an duilgheadas - dealanan air an rèiteachadh ann an dà- cruth meudach air a chruachadh. Agus tha sin gu math sìmplidh ma chuireas tu suas lannan superconductor dà-thaobhach. Tha seo a 'cruthachadh structar trì-thaobhach. Chleachd an luchd-saidheans truinnsearan disulfide tungsten (WS2) agus tungsten diselenide (WSe2).

(Xu et al., Nature, 2020).

Leis na truinnsearan a’ dol thairis air, tha luchd-saidheans air cruthachadh pàtran sia-thaobhach anns na cumaidhean moiré rudeigin psychedelic sin. Tha e airson cuidbuaidhean leis a’ phàtran seo gu bheil luchd-saidheans a’ glasadh dealanan nan àite, mar a lorg iad ann an sgrùdadh beagan mhìosan air ais.

An uairsin, rinn am fiosaig Veit Elser, co-ùghdar an sgrùdaidh, cunntas air na diofar rèiteachaidhean a dh’ fhaodadh a bhith aig dealanan, a’ cruthachadh na criostalan as eadar-mheasgte. Airson seo, rinn e cunntas air a’ cho-mheas còmhnaidh a tha riatanach airson structar criostalach a chruthachadh gu fèin-ghluasadach, dìreach le buaidh àrdachadh anns an fheachd ath-chuinge, no lùghdachadh ann an lùth cinneachail.

'S e an ath dhuilgheadas leis an obair a bhith a' coimhead gun a bhith a' cur bacadh air na dealanan. Airson seo, chaidh iad gu sensor optigeach aig astar nanometer, le còmhdach de boron nitride hexagonal, air a dhèanamh le luchd-saidheans Iapanach, a ’sgaradh lannan superconducting an sensor. San dòigh seo, fhuair an sensor faisg gu leòr airson a choimhead, ach cha robh gu leòr ann airson bacadh a chur air.

Mar sin chunnaic an luchd-saidheans grunn chriostalan de eleactronan. Cuideachd, chan eil a h-uile criostalan air an cruthachadh co-ionnan. Chaidh grunn structaran eadar-dhealaichte a chruthachadh an uairsin, bho structaran triantanach gu loidhnichean agus structaran criostalach ris an canar dimers. Tha an obair, a bharrachd air a bhith a’ toirt sealladh gealltanach air rudeigin a bha roimhe seo a-mhàin beachd-bharail, a’ toirt fuasglaidhean ùra airson deuchainnean cuantamach co-cheangailte ri làimhseachadh dealanan, a bharrachd air tagraidhean nach urrainn do luchd-saidheans fhathast smaoineachadh

An sgrùdadh saidheansail chaidh fhoillseachadhanns an iris Nature. Le fiosrachadh bho Science Alert agus Oilthigh Cornell.

Tha Ricky Joseph na neach-sireadh eòlais. Tha e gu làidir den bheachd, tro bhith a’ tuigsinn an t-saoghail mun cuairt oirnn, gun urrainn dhuinn obrachadh gus sinn fhèin agus ar comann-sòisealta gu h-iomlan a leasachadh. Mar sin, tha e air a dhèanamh mar mhisean a bheatha a bhith ag ionnsachadh nas urrainn dha mun t-saoghal agus a luchd-còmhnaidh. Tha Iòsaph air obair ann an iomadh raon, agus iad uile ag amas air a chuid eòlais adhartachadh. Tha e air a bhith na thidsear, na shaighdear, agus na fhear-gnìomhachais - ach tha fìor dhìoghras aige ann an rannsachadh. Tha e an-dràsta ag obair mar neach-saidheans rannsachaidh airson prìomh chompanaidh chungaidh-leigheis, far a bheil e gu sònraichte airson leigheasan ùra a lorg airson galairean a tha air a bhith air am meas o chionn fhada do-leigheas. Tro dìcheall agus obair chruaidh, tha Ricky Joseph air a thighinn gu bhith mar aon de na prìomh eòlaichean air cungaidh-leigheis agus ceimigeachd cungaidh-leigheis san t-saoghal. Tha an t-ainm aige aithnichte le luchd-saidheans anns a h-uile àite, agus tha an obair aige a 'leantainn air adhart a' leasachadh beatha nam milleanan.