|
Создали пятиполосную супермагистраль для электронов
|
|
|
|
Физики Массачусетского технологического института и их коллеги создали пятиполосную супермагистраль для электронов, которая может позволить создавать сверхэффективную электронику и многое другое. Работа, о которой сообщалось в выпуске журнала Science от 9 мая, является одним из нескольких важных открытий, сделанных той же командой за последний год с использованием материала, который, по сути, является уникальной формой карандашного грифеля. "Это открытие имеет прямое отношение к электронным устройствам с низким энергопотреблением, поскольку при распространении электронов энергия не теряется, чего нет в обычных материалах, где электроны рассеиваются", - говорит Лонг Джу, доцент физического факультета Массачусетского технологического института и автор статьи. Это явление сродни автомобилям, движущимся по открытой магистрали, а не по соседним улицам. Соседние автомобили могут быть остановлены или замедлены другими водителями, совершающими резкие остановки или развороты, которые нарушают спокойную поездку на работу.
|
|
|
|
Материал, лежащий в основе этой работы, известный как ромбоэдрический пятислойный графен, был открыт два года назад физиками под руководством Джу. "Мы нашли золотую жилу, и каждая сенсация открывает что-то новое", - говорит Джу, который также работает в лаборатории исследований материалов Массачусетского технологического института. В октябре прошлого года в статье Nature Nanotechnology Джу и его коллеги сообщили об открытии трех важных свойств ромбоэдрического графена. Например, они показали, что он может быть топологическим или позволять беспрепятственное перемещение электронов по краям материала, но не через середину. Это привело к созданию супермагистрали, но потребовало применения мощного магнитного поля, в десятки тысяч раз превышающего магнитное поле Земли. В текущей работе команда сообщает о создании супермагистрали без какого-либо магнитного поля.
|
|
|
Тонганг Хан, аспирант Массачусетского технологического института по физике, является одним из первых авторов статьи. "Мы не первые, кто обнаружил это общее явление, но мы сделали это в совершенно другой системе. По сравнению с предыдущими системами, наша система проще, а также поддерживает больше электронных каналов", - объясняет Джу. "Другие материалы могут поддерживать только одну полосу движения по краю материала. Мы неожиданно увеличили количество каналов до пяти". Другими соавторами статьи, внесшими не меньший вклад в работу, являются Чжэнгуан Лу и Юйсюань Яо. Лу является научным сотрудником Лаборатории материаловедения. Яо проводил работу в качестве приглашенного студента-старшекурсника из Университета Цинхуа. Другими авторами являются профессор физики Массачусетского технологического института Лян Фу; Цзисян Ян и Джунсок Со, аспиранты физического факультета Массачусетского технологического института; Тихо Юн и Фан Чжан из Техасского университета в Далласе; и Кенджи Ватанабе и Такаши Танигути из Национального института материаловедения в Японии.
|
|
|
|
Карандашный грифель, или графит, состоит из графена - единственного слоя атомов углерода, расположенных в виде шестиугольников, напоминающих пчелиные соты. Ромбоэдрический графен состоит из пяти слоев графена, расположенных в определенном порядке перекрытия. Джу и его коллеги выделили ромбоэдрический графен благодаря новому микроскопу, созданному в Массачусетском технологическом институте в 2021 году, который позволяет быстро и относительно недорого определять различные важные характеристики материала на наноуровне. Толщина пятислойного ромбоэдрического графена составляет всего несколько миллиардных долей метра. В ходе текущей работы команда доработала оригинальную систему, добавив слой дисульфида вольфрама (WS2). "Взаимодействие между WS2 и пятислойным ромбоэдрическим графеном привело к созданию пятиполосной супермагистрали, работающей при нулевом магнитном поле", - говорит Джу.
|
|
|
|
Явление, обнаруженное группой Ju в ромбоэдрическом графене, которое позволяет электронам перемещаться без сопротивления при нулевом магнитном поле, известно как квантовый аномальный эффект Холла. Большинство людей больше знакомы со сверхпроводимостью - совершенно другим явлением, которое приводит к тому же результату, но происходит в совершенно разных материалах. Джу отмечает, что, хотя сверхпроводники были открыты в 1910-х годах, потребовалось около 100 лет исследований, чтобы заставить систему работать при более высоких температурах, необходимых для применения. "И мировой рекорд по-прежнему значительно ниже комнатной температуры", - отмечает он.
|
|
|
|
Аналогичным образом, ромбоэдрическая графеновая супермагистраль в настоящее время работает при температуре около 2 Кельвинов, или -456 градусов по Фаренгейту. "Для повышения температуры потребуется много усилий, но наша задача как физиков - дать представление о том, как по-другому реализовать это [явление]", - говорит Джу. Открытия, связанные с ромбоэдрическим графеном, были сделаны в результате кропотливых исследований, результат которых не был гарантирован. "В течение многих месяцев мы перепробовали множество рецептов, - говорит Хан, - поэтому было очень интересно, когда мы охладили систему до очень низкой температуры и [пятиполосная супермагистраль, работающая при нулевом магнитном поле] просто заработала". Джу говорит: "Очень интересно быть первым, кто откроет феномен в новой системе, особенно в материале, который мы обнаружили".
|
|
|
|
Источник
|
