บาคาร่าเว็บตรง วัสดุชั้น วิธีการแบบแบ่งชั้น: ทั้งสองทีมสร้างฉนวน excitonic โดยการบิดการวางแนวสัมพัทธ์ของแผ่นบาง ๆ ในวัสดุชั้น Excitonic insulators – สสารชนิดแปลกใหม่ที่มีสถานะพื้นดินประกอบด้วยคู่อิเล็กตรอน – รูที่ถูกผูกไว้ – ถูกสร้างขึ้นโดยกลุ่มวิจัยอิสระสองกลุ่ม ฉนวน excitonic ถูกสร้างขึ้นในวัสดุชั้นที่เรียกว่าโครงสร้าง heterostructures ของ van der Waals
และการวิจัยนี้อาจนำไปสู่การค้นพบขั้นตอนใหม่
ของควอนตัมของสสาร เช่น superfluids excitonic ฉนวน Excitonic สามารถใช้กับงานวิศวกรรมได้จริง
โดยปกติ Excitons จะเกิดขึ้นในฉนวนหรือเซมิคอนดักเตอร์เมื่ออิเล็กตรอนได้รับการส่งเสริมให้มีแถบพลังงานที่สูงกว่า (เช่นโดยโฟตอน) โดยทิ้ง “รู” ที่มีประจุบวกไว้ อิเล็กตรอนและรูจับกันเพื่อสร้าง exciton ที่มีลักษณะเหมือนอนุภาค ซึ่งเป็นสาเหตุที่ excitons ถูกจัดประเภทเป็น quasiparticles
ย้อนกลับไปในทศวรรษที่ 1960 นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีชาวอังกฤษและผู้ได้รับรางวัลโนเบลในอนาคต เนวิลล์ มอตต์ ให้เหตุผลว่าหากโครงสร้างแถบของวัสดุได้รับการปรับให้เข้ากับบางจุด ระดับพลังงานบนจะต่ำกว่าระดับพลังงานที่ต่ำกว่า สถานะพื้นดินของ ระบบจะมี excitons อิเล็กตรอนและรูจะยังคงจับกันโดยปฏิสัมพันธ์ของคูลอมบ์ แต่มันจะไม่เอื้ออำนวยต่อการรวมตัวใหม่ เนื่องจากสาร excitons จะถูกประจุเป็นกลาง พวกมันจะไม่ส่งกระแสไฟฟ้าและวัสดุที่ได้จะเป็นฉนวน
สิ่งนี้ยังคงเป็นข้อสมมุติอย่างหมดจดจนกระทั่งปีที่แล้ว เมื่อสองกลุ่ม – กลุ่มหนึ่งนำโดยSanfeng Wuและเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยพรินซ์ตันในรัฐนิวเจอร์ซีย์ อีกกลุ่มโดย กลุ่มของ David Cobdenที่มหาวิทยาลัยวอชิงตันในซีแอตเทิล – พบหลักฐานที่บ่งชี้ว่าโมโนเลเยอร์ทังสเตนไดเทลลูไรด์ แสดงคุณสมบัติที่สอดคล้องกับสถานะฉนวน excitonic ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 100 K
มัวร์ superlattices
ในการวิจัยใหม่ ทีมอิสระสองทีม – ทีมหนึ่งนำโดยนักวิจัยจาก University of California, Berkeley; การทำงานร่วมกันระหว่างนักวิทยาศาสตร์ในสหรัฐอเมริกา จีน และญี่ปุ่น ได้ใช้แนวทางสามชั้นที่คล้ายคลึงกันเพื่อสร้างฉนวน excitonic ทั้งสองกลุ่มใช้โครงสร้าง heterostructure โดยที่ชั้นบนสุด 2 ชั้นก่อตัวเป็น moiré bilayer bilayers เหล่านี้ถูกสร้างขึ้นเมื่อ monolayers หลายตัว – นี่คือทังสเตนไดซัลไฟด์และทังสเตน diselenide – บิดสัมพันธ์กัน สิ่งนี้จะสร้าง “superlattices” เมื่อโครงตาข่ายแต่ละตัวเคลื่อนเข้าและออกจากเฟส วัสดุดังกล่าวมีโครงสร้างแถบธาตุเป็นระยะ ซึ่งสามารถทำให้พวกเขาสร้างฉนวนที่สัมพันธ์กันแปลกใหม่อีกประเภทหนึ่งที่เรียกว่าฉนวน Mott ซึ่งอิเล็กตรอนถูกกักขังตามช่วงเวลานี้
ทั้งสองกลุ่มยังใช้ชั้นเดียวของทังสเตน diselenide เป็นชั้นล่าง นักวิจัยที่นำโดย Berkeley ได้หุ้มฉนวน moiré bilayer จาก monolayer โดยใช้ชั้นโบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยมบางอะตอม พวกเขาใช้ศักยภาพที่แปรผันได้ทั่วทั้งโครงสร้างเฮเทอโรโครงสร้าง โดยเปลี่ยนว่าชั้นใดถูกเจืออิเล็กตรอนและชั้นใดถูกเจือด้วยรู นักวิจัยได้สังเกตอิเล็กตรอนในชั้นหนึ่งจับกับรูในอีกชั้นหนึ่งที่อุณหภูมิต่ำกว่า 60 เค โดยใช้สเปกโตรสโคปีสะท้อนแสงด้วยแสง คุณจะได้หลุมที่แต่ละไซต์ตาข่าย “ถ้าเราใช้อิเล็คตรอนโด๊ปฉนวน Mott รูมักจะหายไป แต่รูในโมโนเลเยอร์มักจะอยู่เหนือส่วนที่ไม่มีรูเพื่อลดปฏิกิริยาของคูลอมบ์ที่รุนแรงมาก”
ทีมงานของสหรัฐฯ-จีน-ญี่ปุ่นทำการทดลองที่คล้ายกัน โดยใช้สนามไฟฟ้าประยุกต์เพื่อปรับระดับพลังงานของทังสเตน diselenide สองชั้นที่อยู่ติดกันเพื่อสร้าง excitons ระหว่างชั้น อย่างไรก็ตาม พวกเขาไม่ได้ใช้โบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยม Sufei Shi สมาชิกในทีม จากสถาบัน Rensselaer Polytechnic Institute ในนิวยอร์กกล่าวว่า “วัสดุทั้งสองนี้แยกจากกันโดยธรรมชาติโดยช่องว่าง van der Waals ซึ่งเป็นฉนวน “ถ้าคุณมีโบรอนไนไตรด์อยู่ระหว่างนั้น มันจะเพิ่มการแยกเชิงพื้นที่ แต่มันจะลดปฏิสัมพันธ์ของคูลอมบ์” นักวิจัยเชื่อว่าประโยชน์ของการแลกเปลี่ยนนี้อาจเห็นได้ชัดในอุณหภูมิการเปลี่ยนภาพที่สูงขึ้นที่ 90 K
โบซอนเป็นกลาง
ตอนนี้ทั้งสองทีมตั้งเป้าที่จะใช้แพลตฟอร์มของตนเพื่อศึกษาคุณสมบัติของฉนวน excitonic เพิ่มเติม ซึ่งพวกเขาเชื่อว่าอาจแตกต่างอย่างเห็นได้ชัดจากฉนวนที่แปลกใหม่อื่น ๆ เช่น Mott insulators “ในฉนวน Mott ทุกสิ่งทุกอย่างเป็นอิเล็กตรอน ดังนั้นพวกมันจึงยังคงเป็นเฟอร์มิออน” Yongtao Cuiจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ริเวอร์ไซด์ ซึ่งเป็นสมาชิกของทีมสหรัฐฯ-จีน-ญี่ปุ่นกล่าว “ในฉนวน excitonic หน่วยพื้นฐานคือสถานะที่ถูกผูกมัดของอิเล็กตรอนและรู
ซึ่งเป็นประจุที่เป็นกลางและเป็นโบซอน” สิ่งนี้อาจนำไปสู่สภาวะแปลกใหม่เช่น superfluids excitonic สมาชิกในทีมChuanwei Zhangแห่งมหาวิทยาลัยเท็กซัสในดัลลาสกล่าวว่ายังคงมีอุปสรรคหลายประการ เช่น การเพิ่มความหนาแน่นของแรงกระตุ้นและลดอุณหภูมิของแรงกระตุ้น ทำให้พวกเขาแยกตัวออกจากตำแหน่งมากพอที่จะทำให้เกิดความเสื่อมของควอนตัม นักวิจัยของ Berkeley ยังวางแผนที่จะศึกษา exciton superfluidity
Twistronics สว่างขึ้นด้วยการทดลอง moiré exciton
“ฉันคิดว่าสิ่งเหล่านี้สวยงามและมีความสำคัญ [การศึกษา]” Wu กล่าว “แนวคิดทางทฤษฎีเกิดขึ้นเมื่อครึ่งศตวรรษก่อน และเรายังคงอยู่ในขั้นตอนของการพยายามหาข้อสรุป [excitonic insulators] และด้วยฉนวน excitonic มีหลายประเภท” เขากล่าวว่านักวิจัยจำเป็นต้องพัฒนาเทคนิคการตรวจจับที่ชัดเจนกว่านี้ นอกจากนี้ เขาเชื่อว่างานปัจจุบันสามารถค้นหาการใช้งานด้านวิศวกรรมใน “สารกระตุ้น” ได้ สิ่งนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อสร้างอุปกรณ์ที่ใช้ exciton
ในการถ่ายโอนข้อมูลโดยไม่สูญเสียความร้อนที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายเทประจุ อย่างไรก็ตาม excitonics ที่ใช้งานได้จริงถูกจำกัดโดย excitons ที่ตื่นเต้นทางสายตาที่มีอายุสั้น Wu ชี้ให้เห็นว่างานล่าสุดเสนอวิธีแก้ปัญหานี้ “เมื่อเทียบกับสารกระตุ้นที่รู้จักทั้งหมดในเซมิคอนดักเตอร์ สารกระตุ้นเหล่านี้ในสภาพพื้นดินสามารถอยู่ได้นานมาก” เขากล่าว
ทีมงานของ Virginia Tech รายงานงานในScience Advancesว่ายังมีอีกมากที่ต้องเรียนรู้ ทั้งเกี่ยวกับวิธีการที่ปลาหมึกยักษ์ควบคุมการยึดเกาะและจัดการกับวัตถุใต้น้ำ “ถ้าเราสามารถเข้าใจระบบธรรมชาติได้ดีขึ้น สิ่งนี้จะช่วยให้สามารถสร้างระบบที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมซึ่งได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพขั้นสูงขึ้น” บาร์ตเล็ตต์กล่าว บาคาร่าเว็บตรง
