با کمی چرخش و چرخش دستگیره ولتاژ، محققان کورنل نشان دادند که یک سیستم مادی می تواند بین دو حالت وحشی در فیزیک ماده متراکم سوئیچ کند: عایق کوانتومی ناهنجار هال و عایق توپولوژیکی دو بعدی.
به این ترتیب، آنها به مدلی دست نیافتنی پی بردند که برای اولین بار بیش از یک دهه پیش ارائه شد، اما دانشمندان هرگز نتوانستند آن را نشان دهند زیرا به نظر می رسد ماده مناسبی وجود ندارد. اکنون که محققان پلتفرم مناسبی را ایجاد کرده اند، پیشرفت آنها می تواند منجر به پیشرفت در دستگاه های کوانتومی شود.
مقاله این تیم، "اثر سالن ناهنجار کوانتومی نوارهای مویر در هم تنیده"، در 22 دسامبر منتشر شد. طبیعت. نویسندگان همکار عبارتند از محققان سابق پسا دکتری، Tingxin Li و Shengwei Jiang، دانشجوی دکترا Bowen Shen و محقق موسسه فناوری ماساچوست یانگ Zhang.
این پروژه جدیدترین کشف آزمایشگاه مشترک Kin Faye Mack، دانشیار فیزیک در کالج هنر و علوم، و جی شان، استاد فیزیک کاربردی و مهندسی در کالج مهندسی، نویسندگان مشترک است. هر دو محقق اعضای مؤسسه علوم نانومقیاس کورنلیوس کاولی هستند. آنها از طریق ابتکار رئیس بخش علوم نانومقیاس و مهندسی میکروسیستم (NEXT Nano) به کرنل آمدند.
آزمایشگاه آنها در مطالعه خواص الکترونیکی مواد کوانتومی دوبعدی، اغلب با چیدمان تک لایه های نیمه هادی فوق نازک، به گونه ای که همپوشانی کمی ناهماهنگ آنها، یک الگوی شبکه مویر ایجاد می کند، تخصص دارد. در آنجا، الکترون‌ها می‌توانند رسوب کرده و با یکدیگر تعامل داشته باشند تا طیفی از رفتار کوانتومی را از خود نشان دهند.
برای پروژه جدید، محققان مولیبدن دانشورید (MoTe2) با تنگستن دیزلنید (WSe2)، چرخاندن آنها در زاویه 180 درجه برای پیکربندی معروف به پشته AB.
پس از اعمال ولتاژ، آنها چیزی را مشاهده کردند که به عنوان اثر هال غیرعادی کوانتومی شناخته می‌شود. این ریشه در پدیده ای به نام اثر هال دارد که برای اولین بار در اواخر قرن نوزدهم مشاهده شد، که در آن جریان الکتریکی از یک نمونه عبور می کند و سپس توسط یک میدان مغناطیسی که در یک زاویه عمود اعمال می شود، خم می شود.
اثر کوانتومی هال، که در سال 1980 کشف شد، یک نسخه بزرگ است که میدان مغناطیسی بسیار بزرگتری را اعمال می‌کند و باعث ایجاد پدیده‌های عجیب‌تر می‌شود: درون یک نمونه حجیم، زمانی که جریان الکتریکی در یک جهت حرکت می‌کند، به عایق تبدیل می‌شود. با مقاومت‌های کوانتیزه‌شده به مقداری که توسط ثابت‌های اصلی در جهان، بدون توجه به جزئیات ماده تعیین می‌شود.
عایق ناهنجار کوانتومی هال که برای اولین بار در سال 2013 کشف شد، به همان اثر دست می یابد، اما بدون تداخل هیچ میدان مغناطیسی، با الکترون هایی که در امتداد لبه حرکت می کنند گویی در یک بزرگراه بدون اتلاف انرژی، تا حدودی مانند یک ابررسانا.
مک می‌گوید: «مردم مدت‌ها فکر می‌کردند که یک میدان مغناطیسی برای اثر هال کوانتومی لازم است، اما شما واقعاً به آن نیاز ندارید. "پس چه چیزی جایگزین نقش میدان مغناطیسی می شود؟ معلوم می شود که مغناطیس است. شما باید مواد را مغناطیسی کنید."
MoTe2/ WSe2 این پشته اکنون به تعداد معدودی از موادی که به عنوان عایق های ناهنجار کوانتومی هال شناخته می شوند، می پیوندد. اما این تنها نیمی از جذابیت آن است.
محققان دریافتند که تنها با تنظیم ولتاژ، می توانند پشته نیمه هادی خود را به یک جداساز توپولوژیکی دوبعدی تبدیل کنند، که نوعی پسرعموی عایق کوانتومی ناهنجار هال است، با این تفاوت که به صورت تکراری وجود دارد. در یک "کپی" بزرگراه الکترونیکی در جهت عقربه های ساعت در اطراف لبه اجرا می شود و در دیگری - خلاف جهت عقربه های ساعت.
دو حالت ماده هرگز در یک سیستم نشان داده نشده است.
پس از مشورت با لیانگ فو از انستیتوی فناوری ماساچوست، تیم کورنل دریافت که آزمایش او بر اساس یک مدل اسباب بازی گرافنی است که برای اولین بار توسط استادان فیزیک چارلز کین و یوجین مل از دانشگاه پنسیلوانیا در سال 2005 پیشنهاد شد. -مدل مله. اولین مدل نظری برای عایق های توپولوژیکی دوبعدی بود.
مک گفت: «این برای ما غافلگیرکننده بود. ما فقط این ماده را ساختیم و اندازه گیری ها را انجام دادیم. ما اثر هال ناهنجار کوانتومی و عایق توپولوژیکی دو بعدی را دیدیم و گفتیم: "اوه، وای. این عالی است.» سپس با دوست تئوری خود، لیانگ فو، از مؤسسه فناوری ماساچوست صحبت کردیم. آنها محاسبات را انجام دادند و متوجه شدند که این ماده در واقع مدلی را که مدت ها به دنبال آن در ماده متراکم بود، تحقق بخشید. ما هرگز چنین انتظاری نداشتیم.»
مانند گرافن مور، MoTe2/ WSe2 می تواند بین تعدادی از حالت های کوانتومی تغییر کند، از جمله انتقال از فلز به عایق موت، کشفی که این تیم گزارش داد. طبیعت در سپتامبر.
اکنون آزمایشگاه مک و شان در حال بررسی پتانسیل کامل این ماده با اتصال آن به ابررساناها و استفاده از آن برای ساختن تداخل‌سنج‌های ناهنجار کوانتومی هال است که هر دو می‌توانند کیوبیت‌ها، عنصری کلیدی در محاسبات کوانتومی، تولید کنند. مک همچنین امیدوار است راهی برای افزایش قابل توجه دمایی که در آن اثر ناهنجار کوانتومی هال هال رخ می دهد - که حدود 2 کلوین است - بیابد که در نتیجه یک رسانایی با دمای بالا بدون پراکندگی ایجاد می شود.
نویسندگان مشترک شامل دانشجویان دکترا لیژونگ لی و زویی تائو هستند. و محققان MIT و موسسه ملی علوم مواد در Tsukuba، ژاپن.
انتقال پیوسته موت در ابرشبکه های نیمه هادی، طبیعت (2021). DOI: 10.1038 / s41586-021-03853-0
نقل قول: نیمه هادی مدل گریزان فیزیک کوانتومی را نشان می دهد (2022، 11 ژانویه)، بازیابی شده در 12 ژانویه 2022 از https://phys.org/news/2022-01-semiconductor-elusive-quantum-physics.html
این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هرگونه معامله منصفانه به منظور تحقیق یا مطالعه خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوا فقط برای مقاصد اطلاعاتی ارائه شده است.
[ad_2]
مقالات مشابه
- اسباب بازی - آیا بعد مهم است؟
- نحوه استفاده از ارلن مایر آزمایشگاهی
- بازار عکس: داو آتی آج آب به عنوان وال استریت هضم بانک تست استرس و افزایش رکورد در coronavirus موارد
- خرید ارز دیجیتال در صرافی آنلاین: چگونه این کار را انجام دهیم؟
- کلمات کلیدی: Salesforce را Marc Benioff خواستار فدرال برای ارائه مشوق به استخدام دوباره کارگران
- بازارهای در حال ظهور گزارش: سرمایه گذاران نگه داشتن چشم در برزیل وزیر اقتصاد به عنوان coronavirus شیوع بدتر
- BookWatch: شما در حال صرفه جویی در همه اشتباه اگر شما می میرند با یک شمع از پول
- از ویژگی های شاخص: رسم نمودار یک گاو نر-روند اره دو سر بریدن S&P 500 ناخن مقاومت بعدی
- طرفداران هل دادن Jay Cutler تلویزیون نشان می دهد در میان Kristin Cavallari طلاق
- ثبت آگهی رایگان چگونه است؟