Supravodivost teploty v kuchyni z nahromaděných 2D materiálů

Budony jsou tvořeny mezi vrstvami 3D kompresorem nahromaděných 2D polovodičů. Půjčka: Olivia Kong

Je elektronika s velmi nízkým výkonem „přímo z ledničky?“

Může hromada 2D materiálů umožňovat nadproudy při teplotách horké země, kterých lze snadno dosáhnout v domácí kuchyni?

Mezinárodní studie zveřejněná v srpnu otevírá novou cestu k vysokoteplotním superproudům horkým jako kuchyňská lednička.

Konečným cílem je dosáhnout supravodivost (tj. elektřina bez ztráty energie odporem) při rozumné teplotě.

Spárované páry otvorů elektronů

Díry vázaných elektronů և (složená částice zvaná exciton) se pohybují ve 3D kvantovém „supertekutém“ stavu uvnitř „pyramidy“ střídavých vrstev. Elektrony a díry se pohybují po samostatných 2D vrstvách. Půjčka: Olivia Kong

Směrem k supravodivosti při pokojové teplotě

V minulosti byla supravodivost prakticky možná pouze při nízkých teplotách, nižších než -170 ° C, a dokonce i Antarktida byla velmi horká.

Výsledkem bylo, že náklady na chlazení supravodičů byly vysoké a vyžadovaly drahé a energeticky účinné chladicí systémy.

Superpřipojení je konečným cílem terénních výzkumníků při každodenních teplotách.

Toto nové polovodičové ultrazvukové zařízení by mohlo být základem pro radikálně novou třídu ultra nízkoenergetické elektroniky, která má podle odhadů mnohem nižší spotřebu energie než konvenční elektronika na bázi křemíku (CMOS).

Taková elektronika, která je založena na nových typech přenosu, když tranzistory v pevné fázi procházejí mezi nulou a jedním (tj. Dvěma jističi) bez odporu při pokojové teplotě, je cílem centra excelence FLEET.

Excitons at Superlattice

Budony jsou tvořeny mezi vrstvami 3D kompresorem nahromaděných 2D polovodičů. Půjčka: Olivia Kong

Vzrušení v energeticky úsporné elektronice

Vzhledem k tomu, že opačně nabité elektrony և polovodičové otvory jsou navzájem elektricky silně přitahovány, mohou vytvářet těsně spojené páry. Tyto složené částice se nazývají excitony, otevírají nové komunikační kanály bez odporu při pokojové teplotě.

Excitony mohou v zásadě tvořit kvantový „supratekutý“ stav, ve kterém se pohybují společně bez odporu. S tak pevně vázanými excitony musí superfluidita existovat při vysokých teplotách, dokonce i při pokojové teplotě.

Ale bohužel, protože elektron a díra jsou tak blízko u sebe, v praxi mají excitony velmi krátké trvání, jen několik nanosekund, což je dostatek času na vytvoření superfluidu.

Jako bod obratu lze elektron a otvor zcela rozdělit na dvě části oddělené od sebe navzájem atomově tenký procházet vrstvami a vytvářet takzvané „prostorově nepřímé“ excitony. Otvory elektronů se pohybují podél samostatných, ale velmi blízkých pásů vodičů. To prodlužuje excitony, ve skutečnosti v těchto systémech nedávno došlo k přetečení.

Zpětný proud v excitonickém nadproudu, ve kterém se opačně nabité elektrony a díry pohybují společně ve svých samostatných vrstvách, umožňuje tok takzvaných „superproudů“ (bez rozptylu elektrických proudů) s nulovým odporem – nulová zbytečná energie. Jako takový je to očividně fascinující vyhlídka na budoucnost nízkonapěťové elektroniky.

Sestavené vrstvy překonávají 2D omezení

Sarah Conti, spoluautorka studie, poukazuje na další problém. Tenké atomové vodivé vrstvy jsou dvourozměrné, և 2D systémy mají přísná topologická kvantová omezení objevená Davidem Toolesem և Michael Kosterlitz (Nobelova cena za rok 2016), které eliminují superproudy při velmi nízkých teplotách nad -170 ° C.

Hlavní rozdíl mezi nově navrženým systémem atomově tenkých vrstev polovodičových materiálů dikalkogenidu přechodných kovů (TMD) spočívá v tom, že trojrozměrný,

2D lokální omezení jsou překonána použitím tohoto 3D „superauta“ s tenkou vrstvou. Alternativní vrstvy jsou dotovány přebytečnými elektrony (dopované n) p přebytečnými otvory (p-dotovány) և tvoří 3D excitony.

Studie předpovídá, že v tomto systému budou proudit excitonové nadproudy při teplotách až -3 ° C.

David Nilsson, který mnoho let pracoval na 2D superproudých systémech Exciton, říká: „Navrhovaný 3D kompresor překračuje topologická omezení 2D systémů tím, že umožňuje superproudy při -3 ° C. „Protože elektrony a díry jsou tak silně kombinovány, další zdokonalení designu by měla vést tuto místnost k pokojové teplotě.“

„Je překvapivé, že se dnes stává běžnou výrobou těchto tenkostěnných atomových cívek, jejich atomovým stohováním a jejich udržováním pohromadě ve spojení se slabým jaderným zapojením van der Waals,“ vysvětluje profesor Nilsson. „A ačkoli je naše nová studie teoretickým návrhem, byla pečlivě vytvořena, aby umožnila současnou technologii.“

Studie:

Studie pozorovala superfluiditu dvou různých monovrstev (n և p-dopovaný TMDC přechodný kov dichalkogenidy WS2: և WSe:2:)

Odkaz. „Van der Donkey, S. Konti, A. Perali, AR Hamilton, nar. Partoens, F.M. Peters և D. Nilsson, „Přetečení trojrozměrných elektronických otvorů v superflowerech blízko teploty místnosti“, 2020 25. srpna Fyzický přehled B:,
DOI 10.1103 / PhysRevB.102.060503:

Studii vedl profesor FLEET PI David Nilsson ve spolupráci s kolegy z Antverpské univerzity (Belgie), University of Camerino (Itálie) a University of Sydney (Austrálie).

Práce byla podpořena Flanderskou výzkumnou nadací, Evropským výzkumným prostorem և Program budoucího rozvoje technologií և Australskou radou pro výzkum (Centrum excelence).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Lipidy na membráně mozkových buněk jsou kvůli léčbě Alzheimerovy choroby většinou přehlíženy

Byly vytvořeny vazby mezi lipidovou nerovnováhou a onemocněním, kdy změny lipidů zvyšují tvorbu amyloidových plaků, což je rys Alzheimerovy choroby. Tato nerovnováha inspirovala...

Astrofyzici jsou překvapeni neočekávanými účinky černých děr mimo jejich vlastní galaxie

Umělecká kompozice supermasivní černé díry, která reguluje vývoj jejího prostředí. Autor obrázku: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC) a Dylan Nelson (Illustris-TNG) Ve středu téměř každé...

Největší australský dinosaurus – jižní titán – právě vstoupil do knih rekordů!

Australotitan cooperensis, „Southern Titan of the Cooper“. Fotografický kredit: Vlad Konstantinov, Scott Hocknull © Eromanga Natural History Museum Co je to basketbalové hřiště tak...

„Paralelní reaktory“ na bázi fotonických krystalových vláken odhalují kolektivní analogie hmotných a solitárních molekul

A. Schéma paralelních optických solitonových reaktorů založené na dutině prstencového vláknového laseru s režimem blokování. Časová optomechanická (OM) mříž umožněná fotonickými krystalovými...

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Newsletter

Subscribe to stay updated.