Virtuvės temperatūros superlaidumas iš sukauptų 2D medžiagų

Eksitonus tarp sluoksnių formuoja susikaupusių 2D puslaidininkių 3D kompresorius. Paskola: Olivia Kong

Ar itin mažai energijos naudojanti elektronika yra „tiesiai iš šaldytuvo“?

Ar 2D medžiagų krūva gali leisti karšto žemės temperatūros perpildymą, kuris lengvai pasiekiamas namų virtuvėje?

Rugpjūtį paskelbtas tarptautinis tyrimas atveria naują kelią į aukštos temperatūros super sroves, karštas kaip virtuvinis šaldytuvas.

Galutinis tikslas yra pasiekti superlaidumas (ty elektra be atsparumo energijos nuostolių) esant priimtinai temperatūrai.

Suporuotos elektronų poros և skylės

Sujungtų elektronų skylės (sudėtinė dalelė, vadinama eksitonais) juda 3D kvantinėje „super skysčio“ būsenoje kintančių sluoksnių „piramidėje“. Elektronai ir skylės juda išilgai atskirų 2D sluoksnių. Paskola: Olivia Kong

Kambario temperatūros superlaidumo link

Anksčiau superlaidumas buvo praktiškai įmanomas tik esant žemai temperatūrai, žemai –170 ° C, ir net Antarktidoje būtų labai karšta.

Todėl superlaidininkų aušinimo išlaidos buvo didelės, todėl reikėjo brangių, energiją taupančių aušinimo sistemų.

Supersijungimas yra pagrindinis lauko tyrėjų tikslas kasdienėje temperatūroje.

Šis naujas puslaidininkinis ultragarso prietaisas gali būti pagrindas radikaliai naujai itin mažos energijos elektronikos klasei, kuri, kaip manoma, suvartoja daug mažiau energijos nei įprasta silicio (CMOS) elektronika.

Tokia elektronika, pagrįsta naujomis perdavimo rūšimis, kai kietojo kūno tranzistoriai praeina tarp nulio ir vieno (ty dviejų grandinių pertraukiklių) be pasipriešinimo kambario temperatūroje, yra „FLEET“ kompetencijos centro tikslas.

Excitons ties Superlattice

Eksitonus tarp sluoksnių formuoja susikaupusių 2D puslaidininkių 3D kompresorius. Paskola: Olivia Kong

Energiją taupančios elektronikos eksitoniniai šuoliai

Kadangi priešingai įkrautų elektronų puslaidininkių skylės yra elektriškai stipriai traukiamos viena kitos, jos gali suformuoti glaudžiai susijusias poras. Šios sudėtinės dalelės vadinamos eksitonais, jos kambario temperatūroje atveria naujus ryšio kanalus be pasipriešinimo.

Eksikotonai iš principo gali suformuoti kvantinę „super skysčio“ būseną, kurioje jie juda kartu be pasipriešinimo. Esant tokiems sandariai susietiems eksitonams, super skysčiai turi egzistuoti esant aukštai, net ir kambario temperatūrai.

Tačiau, deja, kadangi elektronas ir skylė yra taip arti vienas kito, praktiškai eksitonai trunka labai trumpai, tik kelias nanosekundes, tiek laiko, kad sukurtų super skysčio.

Kaip posūkio tašką elektroną ir skylę galima visiškai atskirti į dvi dalis, atskirti vienas nuo kito atominis-plonas eidamas per sluoksnius, sukurdamas vadinamuosius „erdviškai netiesioginius“ eksitonus. Elektronų skylės juda palei atskiras, bet labai artimas laidininkų juostas. Tai prailgina eksitonus, iš tikrųjų pastaruoju metu tokiose sistemose buvo perpildyta.

Atvirkštinė srovė eksitoninėje super srovėje, kurioje priešingai įkrauti elektronai ir skylės juda kartu atskiruose sluoksniuose, leidžia vadinamosioms „super srovėms“ (neišsklaidant elektros srovių) tekėti nuliniu pasipriešinimu և nenuaudota energija. Akivaizdu, kad tai žavi žemos įtampos elektronikos ateities perspektyva.

Surinkti sluoksniai įveikia 2D apribojimus

Tyrimo bendraautorė Sarah Conti nurodo kitą klausimą. Ploni laidūs laidūs sluoksniai yra dvimačiai, և 2D sistemoms taikomi griežti topologiniai kvantiniai apribojimai, kuriuos atrado Davidas Toolesas և Michaelas Kosterlitzas (2016 m. Nobelio premija), pašalinantys sroves esant labai žemai temperatūrai, aukštesnei nei -170 ° C.

Pagrindinis skirtumas tarp naujai siūlomos atomiškai plonų pereinamojo metalo dikalkogenido (TMD) puslaidininkinių medžiagų sluoksnių sistemos yra tas, trimatis,

2D vietiniai apribojimai įveikiami naudojant šiuos 3D plono sluoksnio „superautomobilius“. Pakaitiniai sluoksniai yra legiruoti elektronų pertekliumi (n-legiruoti) p perteklinėmis skylėmis (p-legiruoti) և jie formuoja 3D eksitonus.

Tyrimas prognozuoja, kad eksitoninės perteklinės srovės tekės šioje sistemoje esant žemai –3 ° C temperatūrai.

Davidas Nilssonas, daugelį metų dirbęs prie „Exciton և 2D“ srovės sistemų, sako: „Siūlomas 3D kompresorius peržengia 2D sistemų topologinius apribojimus leisdamas super sroves -3 ° C temperatūroje. “Kadangi elektronai ir skylės yra labai stipriai sujungti, dėl tolesnių dizaino patobulinimų ši patalpa turėtų pakilti iki kambario temperatūros.”

„Nuostabu, kad šiandien tampa įprasta gaminti tas plonasienes atomines ritines, jas sukrauti atomiškai, laikant jas kartu su silpnu van der Waalso branduoliniu dalyvavimu“, – aiškina profesorius Nilssonas. “Ir nors mūsų naujas tyrimas yra teorinis pasiūlymas, jis buvo kruopščiai sukurtas, kad tai būtų įmanoma naudojant dabartines technologijas.

Tyrimas:

Tyrimo metu buvo stebimas dviejų skirtingų viensluoksnių (n և p-legiruotų TMDC pereinamojo metalo dichalcogenidų WS2: և WSe:2:)

Nuoroda. „Van der Donkey, S. Konti, A. Peralis, AR Hamiltonas, gim. Partoensas, F.M. Petersas և D. Nilsson, „Trimatių elektroninių skylių perpildymas superžiedėse netoli kambario temperatūros“, 2020 m Rugpjūčio 25 d. Fizinė apžvalga B:,
DOI 10.1103 / PhysRevB.102.060503:

Tyrimą vedė FLEET PI profesorius Davidas Nilssonas bendradarbiaudamas su kolegomis iš Antverpeno universiteto (Belgija), Camerino universiteto (Italija) ir Sidnėjaus universiteto (Australija).

Darbą rėmė Flandrijos tyrimų fondas, Europos tyrimų erdvė և Ateities technologijų plėtojimo programa և Australijos tyrimų taryba (Kompetencijos centras).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Tyrėjai kuria greitesnę tinklo analizę, kad pasiūlytų algoritmus, kurie padidintų paiešką internete

MIT tyrėjai sukūrė programinę įrangą, kad grafikos programinė įranga veiktų efektyviau įvairiuose skaičiavimo įrenginiuose, įskaitant procesorius ir GPU.Paskola „Istockphoto“ vaizdus redagavo „MIT News“ Diagramos,...

Naujų atradimų apie milijardus mikrobų pavertimą mūsų kūnu pavertimas įvairiomis ligomis

Įvairūs MIT tyrėjai naujus atradimus apie milijardus mikrobų paverčia žmogaus kūnu įvairiausių ligų gydymu. Įvairūs mokslininkai naujus atradimus apie milijardus mikrobų paverčia kūnu įvairiausių ligų...

MIT neurologai nustato hipokampo smegenų sąsają, koduojančią įvykių laiką

MIT neuromokslininkai nustatė, kad hipokampo CA2 regione esančios piramidinės ląstelės (žalios) yra atsakingos už kritinės informacijos saugojimą. Kreditas: „Tonegawa Lab“, redagavo „MIT News“ Išvados...

Vibruojančių molekulių naudojimas medžiagos bangų savybėms tirti

HD + molekuliniai jonai (geltonos ir raudonos taškų poros) jonų gaudyklėje (pilka) yra apšvitinti lazerio banga (raudona). Tai sukelia kvantinį šuolį pakeistų molekulių joninės...

Naujas dizainas pagerina naujos kartos perovskitų kraujo ląstelių efektyvumą

Autorius: Davidas L. Chandleris, Masačusetso technologijos institutas 2021 m. Vasario 27 d Šiame paveikslėlyje perovskito fotovoltai fone rodomi su atskirais perovskito kristalais, kurie rodomi kaip...

Newsletter

Subscribe to stay updated.