(Nanowerk Haberleri) 2018'de malzeme biliminde bir keşif, toplulukta şok dalgaları yarattı. Bir ekip, iki katın üst üste istiflenmesinin grafen kesin bir şekilde sihirli açı Pennsylvania Üniversitesi'nden Ritesh Agarwal, bunu bir süper iletkene dönüştürdüğünü söylüyor. Bu, bu alanda kıvılcım yarattı twistronik, katmanlı malzemelerin bükülmesinin olağanüstü malzeme özelliklerini açığa çıkarabileceğini ortaya koyuyor. Bu konsept üzerine inşa edilen Agarwal, Penn teorik fizikçisi Eugene Mele ve işbirlikçileri twistronics'i yeni bir alana taşıdı. Yayınlanan bir çalışmada Tabiat (“Üç boyutlu spiral kafeste opto-twistronik Hall etkisi”), spiral olarak istiflenmiş tungsten disülfürü (WS) araştırdılar2) kristalleri ve bu katmanları bükerek ışığın elektronları manipüle etmek için kullanılabileceğini keşfettiler. Sonuç, dönen bir çerçevedeki nesnelerin yollarını, tıpkı rüzgar ve okyanus akıntılarının Dünya'da davrandığı gibi büken Coriolis kuvvetine benziyor. Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu'nda Srinivasa Ramanujan Seçkin Bilim İnsanı olan Agarwal, "Keşfettiğimiz şey, sadece malzemeyi bükerek elektronların nasıl hareket ettiğini kontrol edebileceğimizdi," diyor. Bu fenomen, ekip WS'ye dairesel polarize ışık tuttuğunda özellikle belirgindi2 spiraller, elektronların malzemenin iç bükülmesine bağlı olarak farklı yönlerde sapmasına neden olur. Ekibin son bulgularının kökenleri, laboratuvarın kapatıldığı ve baş yazar Zhurun (Judy) Ji'nin doktora çalışmasını tamamladığı COVID-19 salgını kilitlenmelerinin ilk günlerine kadar uzanıyor. Uzayda fiziksel deneyler yapamadığı için odağını daha teorik çalışmalara kaydırdı ve Sanat ve Bilim Okulu'nda Christopher H. Browne Fizik Profesörü olan Mele ile işbirliği yaptı. Birlikte, sürekli bükülmüş bir kafesin elektronların yeni kuantum davranışları sergileyebileceği garip, karmaşık bir manzara yaratacağı spekülasyonuna dayalı olarak bükülmüş ortamlarda elektron davranışı için teorik bir model geliştirdiler. Ji, "Bu malzemelerin yapısı DNA'yı veya bir spiral merdiveni andırıyor. Bu, bir kristaldeki atomların düzgün, tekrarlayan desenlerde oturduğu olağan periyodiklik kurallarının artık geçerli olmadığı anlamına geliyor" diyor. 2021 yılı gelip pandemi kısıtlamaları kalkınca, Agarwal bilimsel bir konferansta Wisconsin-Madison Üniversitesi'nden eski meslektaşı Song Jin'in sürekli spiral bükümlü kristaller yetiştirdiğini öğrendi. Jin'in spiral bükümlü WS'sinin2 kristaller Ji ve Mele'nin teorilerini test etmek için mükemmel bir malzemeydi, Agarwal Jin'in bir parti göndermesini ayarladı. Deneysel sonuçlar ilgi çekiciydi. Mele, etkinin Coriolis kuvvetini yansıttığını söylüyor, bu gözlem genellikle dönen sistemlerde görülen gizemli yanal sapmalarla ilişkilendirilir. Matematiksel olarak, bu kuvvet manyetik bir sapmaya çok benziyor ve elektronların manyetik alan yokken bile varmış gibi davranmasının nedenini açıklıyor. Bu içgörü çok önemliydi, çünkü kristalin bükülmesini ve dairesel polarize ışıkla etkileşimini bir araya getiriyordu.
(Sol) WS'nin bükülmüş katmanlarının bir örneğini gösteren atomik kuvvet mikroskobu görüntüsü2 (tungsten ve kükürtten yapılmış bir malzeme). Ölçek çubuğu 4 mikrometreyi (bir metrenin 4 milyonda biri) temsil eder. (Sağ) Bükülmüş malzemede Hall etkisinin (yanal bir voltaj) nasıl ölçüldüğünü gösteren bir diyagram. Kırmızı ok elektronların yolunu temsil ederken, V0 ve VH deneyde uygulanan ve ölçülen voltajlardır. (Görsel: solda, Yuzhao Zhao; sağda Judy Ji) Agarwal ve Mele elektron tepkisini klasik salon etkisi Burada iletkenden geçen akım, manyetik bir alan tarafından yanlara doğru saptırılır. Ancak, Hall etkisi manyetik bir alan tarafından yönlendirilirken, burada "bükülen yapı ve Coriolis benzeri kuvvet elektronları yönlendiriyordu" diyor Mele. "Keşif sadece bu kuvveti bulmakla ilgili değildi; ne zaman ve neden ortaya çıktığını ve daha da önemlisi, ne zaman ortaya çıkmaması gerektiğini anlamakla ilgiliydi." Mele'nin eklediği en büyük zorluklardan biri, bu Coriolis sapmasının bükülmüş bir kristalde meydana gelebileceğini fark ettiklerinde, fikrin çok iyi çalıştığı izlenimi edinmeleriydi. Etki teoride o kadar doğal görünüyordu ki, var olmaması gereken senaryolarda bile kapatmak zor görünüyordu. Bu olgunun gözlemlenebileceği veya bastırılabileceği kesin koşulların belirlenmesi neredeyse bir yıl sürdü. Agarwal, bu malzemelerdeki elektronların davranışını "su parkındaki bir kaydıraktan aşağı inmeye" benzetiyor. Bir elektron, geleneksel malzeme kafesleri gibi düz bir kaydıraktan aşağı inerse, her şey düzgün olurdu. Ancak, onu spiral bir kaydıraktan aşağı gönderirseniz, tamamen farklı bir deneyim olur. Elektron, onu farklı yönlere iten kuvvetleri hisseder ve diğer uçtan değişmiş bir şekilde çıkar, biraz 'başı dönmüş' gibi." Bu "baş dönmesi" ekip için özellikle heyecan verici çünkü tamamen malzemenin geometrik bükülmesiyle elde edilen elektron hareketi üzerinde yeni bir kontrol derecesi getiriyor. Dahası, çalışma ayrıca güçlü bir optik doğrusal olmayanlığı da ortaya çıkardı, yani malzemenin ışığa tepkisi önemli ölçüde yükseltildi. Agarwal, "Tipik malzemelerde optik doğrusal olmayanlık zayıftır," diyor, "ancak bükülmüş sistemimizde, dikkate değer derecede güçlüdür ve fotonik cihazlarda ve sensörlerde potansiyel uygulamalar olduğunu düşündürmektedir." Çalışmanın bir başka yönü de, etkide önemli bir rol oynayan katmanlar arasındaki hafif açısal hizalamanın sonucu olan moiré desenleriydi. Bu sistemde, bükülmeyle oluşturulan moiré uzunluk ölçeği, ışığın dalga boyuyla aynı seviyededir ve ışığın malzemenin yapısıyla güçlü bir şekilde etkileşime girmesini mümkün kılar. Agarwal, "Işık ile moiré deseni arasındaki bu etkileşim, gözlemlediğimiz etkileri artıran bir karmaşıklık katmanı ekliyor" diyor ve ekliyor, "ve bu bağlantı, ışığın elektron davranışını bu kadar etkili bir şekilde kontrol etmesini sağlıyor." Işık bükülmüş yapı ile etkileşime girdiğinde, ekip normal yapılarda görülmeyen karmaşık dalga fonksiyonları ve davranışlar gözlemledi. iki boyutlu malzemeler. Bu sonuç, malzemenin kuantum durumları ve davranışları hakkında fikir veren Berry eğrilik çok kutupları gibi "yüksek mertebeli kuantum geometrik nicelikler" kavramıyla bağlantılıdır. Bu bulgular, bükümün elektronik yapıyı temelden değiştirdiğini ve geleneksel malzemelerin yapamayacağı şekillerde elektron akışını kontrol etmek için yeni yollar yarattığını göstermektedir. Ve son olarak, çalışma WS'nin kalınlığını ve elle tutuluşunu hafifçe ayarlayarak2 spiraller, optik Hall etkisinin gücünü ince ayarlayabilirler. Bu ayarlanabilirlik, bu bükülmüş yapıların son derece ayarlanabilir özelliklere sahip yeni kuantum malzemeleri tasarlamak için güçlü bir araç olabileceğini gösteriyor. Agarwal, "Malzemelerdeki elektron davranışını nasıl değiştirebileceğimiz konusunda her zaman sınırlıydık. Burada gösterdiğimiz şey, bükülmeyi kontrol ederek tamamen yeni özellikler sunabileceğimizdir," diyor. "Gerçekten mümkün olanın sadece yüzeyini tırmalıyoruz. Spiral yapı, fotonlar ve elektronların etkileşime girmesi için yeni bir yol sunduğundan, tamamen yeni bir şeye adım atıyoruz. Bu sistem daha ne ortaya çıkarabilir?"
- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
- PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
- PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
- PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=65879.php
