Temuan tentang cara mencapai materi Piala Suci 2D

Para peneliti menemukan keluarga baru partikel di sikat Grafikbahan dasar.

Sekelompok peneliti yang dipimpin oleh Sir Andre Geim dan Dr. Alexey Berdyugin dari Universitas Manchester menemukan dan mencirikan keluarga baru partikel sikat yang disebut “fermion Brown-Zak” dalam kisi-kisi berdasarkan superlattices.

Tim mencapai terobosan ini dengan menyelaraskan kisi atom lapisan graphene dengan yang ada di pelat boron nitrida isolasi, yang secara dramatis mengubah sifat lapisan graphene.

Studi ini mengikuti perkembangan bertahun-tahun berturut-turut dalam supernatan graphene boron nitride yang memungkinkan pengamatan pola fraktal yang dikenal sebagai kupu-kupu Hofstadter – dan hari ini (Jumat, 13 November 2020) para peneliti melaporkan perilaku lain yang sangat mengejutkan. partikel dalam struktur. jadi di bawah medan magnet terapan.

“Diketahui bahwa elektron bergerak dalam orbit lurus dalam medan magnet nol. Ketika Anda menerapkan medan magnet, mereka mulai membengkok dan berputar-putar,” jelas Julien Barrier dan Dr. Piranavan Kumaravadivel yang melakukan pekerjaan eksperimental.

“Pada lapisan graphene yang sejajar dengan boron nitrida, elektron juga mulai menekuk – tetapi jika Anda menyetel medan magnet ke nilai tertentu, elektron akan bergerak lagi dalam daftar lurus, seolah-olah tidak ada lagi medan magnet!”

“Perilakunya sangat berbeda dengan fisika buku teks,” tambah Dr. Piranavan Kumaravadivel oleh.

“Kami menghubungkan perilaku menarik ini dengan pembentukan partikel sikat baru di hadapan medan magnet tinggi,” kata Dr. Alexey Berdyugin. “Partikel sikat ini memiliki sifat uniknya sendiri dan mobilitas yang sangat tinggi meskipun medan magnetnya sangat tinggi.”

Seperti yang dipublikasikan pada Komunikasi alamiTesis ini menjelaskan bagaimana elektron berperilaku dalam superlattices graphene berkualitas tinggi dengan kerangka kerja yang direvisi untuk fitur fraktal kupu-kupu Hofstadter. Perbaikan mendasar dalam pembuatan alat pengukur dan teknik pengukuran selama dekade terakhir telah memungkinkan pekerjaan ini.

“Konsep partikel sikat mungkin salah satu yang paling penting dalam fisika kondisional dan dalam sistem multibodi kuantum. Ini ditemukan pada 1940-an oleh fisikawan teoretis Lev Landau untuk menggambarkan efek kolektif sebagai “eksitasi satu partikel,” “jelas Julien Barrier.” Ini digunakan dalam sejumlah sistem yang kompleks untuk menjelaskan efek pada banyak bagian tubuh. “”

Sejauh ini, perilaku elektron kolektif dalam superlattice graphene dianggap dalam bentuk fermion Dirac, partikel sikat yang memiliki sifat unik bahwa foton (partikel tak bermassa) berulang pada medan magnet tinggi. Namun, beberapa fitur eksperimental seperti degenerasi tambahan dari status atau massa ke kuasipartikel dalam keadaan ini tidak diperhitungkan.

Penulis menyarankan bahwa ‘Brown-Zak fermions’ adalah keluarga partikel sikat yang ada di superlattices di bawah medan magnet tinggi. Ini ditandai dengan bilangan kuantum baru yang dapat diukur secara langsung. Menariknya, pada suhu yang lebih rendah, mereka dapat membalikkan degenerasi dengan berinteraksi pada suhu yang sangat rendah.

“Dengan adanya medan magnet, elektron dalam graphene mulai berputar dalam orbit terkuantisasi. Untuk fermion Brown-Zak, kami telah berhasil menciptakan orbit lurus sepuluh mikrometer di bawah medan magnet tinggi hingga 16 T (500.000 kali medan magnet bumi) Partikel sikat balistik tidak merasakan medan magnet yang efektif dalam kondisi tertentu, “jelas Dr. Kumaravadivel dan dr. Berdyugin.

Dalam sistem elektronik, mobilitas didefinisikan sebagai kemampuan suatu partikel untuk bergerak setelah arus listrik diberikan. Mobilitas tinggi telah lama menjadi cawan suci dalam membuat sistem 2D seperti graphene, karena material semacam itu akan menawarkan properti tambahan (efek kuantum bilangan bulat dan fraksional) dan mungkin pembuatan transistor frekuensi tinggi, komponen di jantung prosesor komputer.

“Untuk penelitian ini kami menyiapkan perangkat graphene ekstra besar dengan tingkat kemurnian yang sangat tinggi,” kata Dr. Kumaravadivel. Hal ini memungkinkan kami mencapai mobilitas beberapa juta cm² / Vs, yang berarti bahwa partikel bergerak langsung melintasi perangkat tanpa menyebar. Penting bahwa ini tidak hanya kasus fermion Dirac klasik dalam grafik, tetapi juga untuk fermion Brown-Zak yang dijelaskan dalam karya ini.

Fermion Brown-Zak ini mendefinisikan kondisi logam baru yang umum untuk setiap sistem superlatif, tidak hanya graphene, dan menyediakan tempat bermain untuk masalah fisik baru dengan kondensasi dalam superlattice berdasarkan material 2D lainnya.

Julien Barrier menambahkan, “Penemuan ini jelas penting untuk studi fundamental transpor elektron, tetapi kami percaya bahwa memahami partikel sikat dalam perangkat superlattice baru di bawah medan magnet tinggi dapat mengarah pada pengembangan perangkat elektronik baru.”

Mobilitas yang tinggi memungkinkan transistor yang dibuat dari perangkat ini untuk beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi, sehingga prosesor yang terbuat dari bahan ini dapat melakukan lebih banyak kalkulasi per satuan waktu, menghasilkan komputer yang lebih cepat. Penerapan medan magnet biasanya mengurangi mobilitas dan membuat perangkat tidak dapat digunakan untuk aplikasi tertentu. Mobilitas tinggi fermion Brown Zak menuju medan magnet tinggi menawarkan perspektif baru untuk perangkat elektronik yang bekerja dalam kondisi ekstrim.

Referensi: 13 November 2020, Komunikasi alami.
DOI: 10.1038 / s41467-020-19604-0