Thứ Bảy, 8 tháng 10, 2016

Electron trong graphene hành xử giống như ánh sáng, chỉ rẻ hơn

một hàng ngũ nghiên cứu dẫn đầu bởi Cory Dean, trợ lý giáo sư vật lý tại Đại học Columbia, Avik Ghosh, giáo sư khoa học điện và máy tính tại Đại học Virginia, và James Hone, Wang Fong-Jen Giáo sư Cơ khí tại Columbia Engineering, đã trực tiếp Nhìn vào - - lần trước tiên - khúc xạ âm đối mang electron đi qua một oắt giới giữa hai khu vực trong 1 vật liệu dẫn điện. trước tiên dự báo trong năm 2007, hiệu ứng này đã được khó khăn để xác nhận bằng thực nghiệm. những nhà nghiên cứu đã với thể Nhìn vào hiệu ứng trong graphene, chứng minh rằng các điện tử trong vật liệu nguyên tử mỏng cư xử giống như các tia ánh sáng, mang thể được chế tác bởi những thiết bị quang đãng học như ống kính và lăng kính. các phát hiện này, được ban bố trong ngày 30 tháng 9 của báo chí công nghệ, sở hữu thể dẫn đến sự lớn mạnh của những chiếc mới đồ vật chuyển mạch điện tử, dựa trên các nguyên tắc của quang quẻ học chứ chẳng phải là đồ vật điện tử.

"Khả năng để thao tác những điện tử trong nguyên liệu tiến hành như tia sáng mở ra những cách thức hoàn toàn nghĩ suy mới về vật dụng điện tử," Dean đề cập. "Ví dụ, các đồ vật chuyển mạch tạo nên chip máy tính hoạt động bằng cách chuyển đông đảo vật dụng trên hoặc tắt, và điều này tiêu tốn nhiều điện năng. dùng thấu kính để chỉ đạo 1 electron 'tia' giữa những điện cực với thể là đáng nhắc hiệu quả hơn, giải quyết một trong những nút thắt quan yếu để đạt được mau lẹ hơn và vật dụng điện tử năng lượng hiệu quả. "

Dean cho biết thêm, "Những phát hiện này cũng mang thể cho phép dò xét thể nghiệm mới. ví dụ, thấu kính điện tử với thể cho phép những phiên bản trên chip của 1 kính hiển vi điện tử, với khả năng thực hiện imageing độ nguyên tử và chẩn đoán. các thành phần khác lấy cảm hứng trong khoảng quang đãng học, chẳng hạn như bộ tách chùm tia và giao xoa, không những thế sở hữu thể cho phép những nghiên cứu mới của các thuộc tính lượng tử của những electron ở tình trạng rắn. "

khi mà graphene đã được điều tra nhiều để hỗ trợ tốc độ electron cao, nó là rất khó để tắt những điện tử mà ko gây thương tổn cho di động của họ. Ghosh nói "tự nhiên tiếp theo là để xem liệu chúng ta có thể đạt được 1 hiện turn-off mạnh trong graphene có nhiều nút giao chéo góc. nếu như thành công cho sự bằng lòng của chúng tôi, chúng tôi sẽ có trong tay của chúng tôi 1 năng lượng tốt, cực tốc độ cao trang bị chuyển mạch cho cả analog (RF) và công nghệ số (CMOS) điện tử, có khả năng hạn chế phần lớn các thách thức chúng ta phải đối mặt sở hữu giá bán năng lượng cao và ngân sách nhiệt của thiết bị điện tử bây giờ ".

Ánh sáng đổi thay hướng - hoặc khúc xạ - khi chuyển từ 1 tài liệu khác, 1 quá trình mà cho phép chúng ta tiêu dùng ống kính và lăng kính để tập kết chỉ đạo và ánh sáng. 1 số lượng gọi là chỉ số khúc xạ xác định chừng độ uốn tại oắt giới, và là dương tính mang vật liệu thông thường như thủy tinh. tuy nhiên, thông qua khoa học sáng tạo, nó cũng mang thể tạo ra quang "siêu vật liệu" với chỉ số thụ động, trong ngừng thi côngĐây góc khúc xạ cũng là bị động. "Điều này mang thể với những hậu quả ko bình thường và gây ấn tượng" Rèn chú thích. "Siêu nguyên liệu quang quẻ học được phép lạ và quan trọng các công nghệ mới như ống kính siêu, mà có thể tụ họp vượt quá dừng nhiễu xạ, và áo choàng quang đãng, làm đối tượng vô hình bằng cách thức uốn cong ánh sáng tiếp giáp với."

Electron đi qua dây dẫn rất thuần khiết với thể đi theo tuyến đường thẳng như tia ánh sáng, cho phép các hiện tượng quang đãng học giống như xuất hiện. Trong những tài liệu, mật độ điện tử đóng một vai trò như vậy như chỉ số khúc xạ và khúc xạ electron khi họ chuyển từ 1 khu vực của một mật độ khác. Hơn nữa, hàng không mẫu hạm hiện nay trong tài liệu hoặc với thể cư xử như họ đang sở hữu điện tích âm (electron) hay sở hữu điện tích dương (lỗ), tùy thuộc vào việc họ sống trong dẫn truyền hoặc dải hóa trị. Trong thực tiễn, ranh mãnh giới giữa lỗ chiếc và electron mẫu dây dẫn, được gọi là p-n nút ( "p" tích cực, "n" tiêu cực), hình thành các khối vun đắp của những vật dụng điện như điốt và bóng bán dẫn.

"Không giống như các vật liệu quang quẻ học," nói Hone ", nơi tạo ra 1 siêu nguyên liệu chỉ số tiêu cực là 1 thách thức kỹ thuật quan yếu, khúc xạ electron bị động xảy ra bất chợt trong nguyên liệu rắn tại bất kỳ ngã ba p-n."

Sự phát triển của các lớp dẫn điện hai chiều trong những chất bán dẫn sở hữu độ trong sáng cao như GaAs (Gallium arsenide) vào các năm 1980 và 1990 cho phép các nhà nghiên cứu trước nhất chứng minh quang quẻ điện tử bao gồm cả tác dụng của hai khúc xạ và thấu kính. không những thế, trong những tài liệu này, các electron vận động mà không chỉ tán xạ ở nhiệt độ rất thấp, hạn chế những áp dụng khoa học. Hơn nữa, sự hiện diện của một khe năng lượng giữa những dẫn và hóa trị ban nhạc tán xạ electron tại các giao diện và ngăn phòng ngừa sự Quan sát của khúc xạ thụ động trong bán dẫn p-n nút. Trong nghiên cứu này, việc sử dụng các nhà nghiên cứu của graphene, một cái nguyên liệu 2D mang hiệu suất nổi bật ở nhiệt độ phòng và không với khoảng bí quyết năng lượng, vượt qua cả những tránh này.

các khả năng khúc xạ âm ở graphene p-n nút giao lần trước tiên được buộc phải vào năm 2007 bởi nhà lý thuyết làm việc ở cả 2 trường Đại học Lancaster và Đại học Columbia. ngoài ra, Quan sát hiệu ứng này đòi hỏi những trang bị hết sức sạch sẽ, tương tự mà những electron mang thể đi du hý ballistically, mà không cần tán, trên 1 khoảng cách thức dài. Trong thập kỷ qua, một nhóm nghiên cứu đa ngành nghề tại Columbia - bao gồm Hone và Dean, cộng mang Kenneth Shepard, Lau Gia đình Giáo sư khoa học điện và giáo sư kỹ thuật y sinh, Abhay Pasupathy, giáo sư vật lý, và Philip Kim, giáo sư vật lý tại thời kì (tại Harvard) - đã khiến cho việc để lớn mạnh những công nghệ mới để xây dựng các đồ vật graphene hết sức sạch sẽ. cố gắng này lên đến cực điểm trong năm 2013 trình diễn của chuyển vận đạn đạo trên một quy mô chiều dài vượt quá 20 micron. bắt đầu từ ngừng thi côngĐây, họ đã quyết tâm để vững mạnh 1 ống kính Veselago, trong chậm tiến độ quy tụ những electron đến 1 điểm độc nhất vô nhị dùng khúc xạ âm. Nhưng họ đã chẳng thể Nhìn vào như một hiệu ứng và mua thấy kết quả của họ khó hiểu.

Trong năm 2015, 1 lực lượng tại Đại học Pohang khoa học và công nghệ Hàn Quốc đã Thống kê bằng cớ trước hết quy tụ trong 1 thiết bị Veselago cái. bên cạnh đó, giận dữ rất yếu, xuất hiện trong các phái sinh dấu hiệu. hàng ngũ nghiên cứu Columbia đã quyết định rằng để hiểu hồ hết lý do vì sao hiệu quả là rất khó nắm bắt, họ cần phải cô lập và bản đồ loại chảy của những electron qua ngã tư. Họ dùng 1 kỹ thuật lớn mạnh phải chăng được gọi là "từ tập trung" để đẩy electron vào ngã ba p-n. Bằng bí quyết đo truyền dẫn giữa các điện cực trên những cạnh đối diện của tuyến phố giao nhau như một hàm của mật độ tàu sân họ sở hữu thể bản đồ quỹ đạo của những electron trên cả 2 mặt tiếp giáp p-n là góc tới được đổi thay bằng bí quyết điều chỉnh trong khoảng trường.

quan yếu đối với những quyết tâm Columbia là sự hỗ trợ lý thuyết sản xuất bởi hàng ngũ Ghosh tại Đại học Virginia, người đã phát triển những kỹ thuật mô hình chi tiết để mô hình bức xúc đo đội của Columbia. Điều này can hệ đến tính toán chiếc chảy của các electron trong graphene thuộc đa dạng lĩnh vực điện và trong khoảng trường, chiếm đa dạng bị trả lại tại các cạnh và đường hầm cơ lượng tử ở ngã ba. các Đánh giá lý thuyết cũng làm minh bạch lý do tại sao nó đã rất cạnh tranh để đo Veselago thấu kính dự báo một cách mạnh mẽ, và cả đội ngũ đang vững mạnh kiến ​​trúc vật dụng đa tầng mới dựa trên nghiên cứu này. cộng các dữ liệu thực nghiệm và mô phỏng lý thuyết cho những nhà nghiên cứu 1 bản đồ trực quan của sự khúc xạ, và cho phép họ để là người trước nhất để định lượng công nhận mối quan hệ giữa các sự cố và góc khúc xạ (gọi là định luật Snell trong quang quẻ học), cũng như xác nhận của độ lớn của cường độ truyền như là một chức năng của góc (được gọi là những hệ số Fresnel trong quang học).

"Trong phổ biến bí quyết, cường độ này của truyền là 1 tham số quan yếu hơn", ông Ghosh, "vì nó quyết định khả năng mà các điện tử đích thực khiến cho nó qua hàng rào, chứ chẳng phải chỉ là góc khúc xạ của họ. Việc truyền rốt cục sẽ quyết định phần nhiều những số liệu hiệu suất cho những vật dụng dựa trên những hiệu ứng, chả hạn như tỷ lệ trên-off trong một chuyển đổi, thí dụ ".

Không có nhận xét nào:

Đăng nhận xét