Selgitavad mõeldavad tulemused - multiband lähenemine Coulombi tõmbele ja kaudsetele eksitonidele

Kristel Aaslaid & Daniel Levi Viinalass selgitavad välja esimesed iPhone 8 võitjad Eestis (Aprill 2019).

Anonim

USA kahe uurimisrühma poolt iseseisvalt saadud eksperimentaalsete tulemuste selgitamine näis olevat näidanud ühendatud auke ja elektronid, mis liiguvad teoorias vastupidises suunas.

Nüüd on uus teoreetiline uuring selgitanud varem salapärase tulemuse, näidates, et see ilmselt vastuoluline nähtus on seotud kahekihilise graafi struktuuriga ribahelaga, mis on palju väiksem kui traditsioonilistes pooljuhtides.

Uuringute autorid, sealhulgas Camerino ülikoolis FLEETi kaasautor David Neilson ja Uue Lõuna-Walesi ülikooli ülikooli FLEET CI Alex Hamilton, leidsid, et uus multiband teooria selgitas täielikult eelnevalt seletamatuid eksperimentaalseid tulemusi.

Eksicit transport

Exciton transport pakub teadlastele suurepäraseid lubadusi, sealhulgas potentsiaali ultra-madala hajumise tulevase elektroonika jaoks.

Ekstsiit on komposiitne osake: elektron ja auk (positiivselt laetud kvaasipartikoll, mille põhjustab elektroni puudumine), mis on omavahel ühendatud nende vastastikuste elektriliste laengutega.

Kahe eksitoni puhul võivad ühe 2-D lehe vabad elektronid olla elektrostaatiliselt ühendatud avadega, mis võivad naaber-2-D lehes liikuda.

Kuna elektronid ja avad on oma 2-D lehtedega piiratud, ei saa nad rekombineerida, kuid need võivad elektriliselt siduda, kui kaks 2-D lehte on väga lähedal (paar nanomeetrit).

Kui tipu ("ajendi") lehe elektronid kiirendatakse rakendatud pingega, siis saab selle iga elektronpostiga "lohistada" iga allpool asuva ("lohistamise") lehe partnerharu.

Aukude lohistamist saab mõõta indutseeritud pingetena kogu tõmmataval lehel ja seda nimetatakse Coulombi lohistuseks.

Selle mehhanismi eesmärgiks on, et eksiton jääb sidumatuks ja liikuma superfluidina, null-viskoossusega kvantseisundisse ja seega ilma raisatud energia hajumiseta.

Selle superfluidse oleku saavutamiseks tuleb täpselt konstrueeritud 2-D materjali hoida ainult paar nanomeetrit eemal, nii et seotud elektron ja auk on üksteisele palju lähemal kui samale lehele nende naabritega.

Uuritavas seadmes eraldab kuusnurk-boornitriid (hBN) leht kahe aatomaalselt õhukese (2-D) kahekihilise grafeeni lehe, mille isoleeriv hBN takistab elektronide ja aukude rekombinatsiooni.

Voolu läbimine ühe lehe kaudu ja teise lehe lohistussignaali mõõtmine võimaldavad eksperimentaatoritel mõõta elektronidevahelisi vastasmõjusid ühes lehes ja teistes aukudes ning lõpuks tuvastada superfluid moodustumise selge allkirja.

Alles hiljuti on välja töötatud uued, 2-D-tüüpi heterostruktuurid, millel on piisavalt õhuke isolatsioonibarjäär, mis võimaldab meil jälgida tugevate elektronidevaheliste vastasmõjude poolt esile toodud funktsioone.

Selgitamatu seletamatu: negatiivne tõmme

Kuid 2016. aastal avaldatud eksperimendid näitasid väga hämmastavaid tulemusi. Teatud eksperimentaalsetes tingimustes leiti, et Coulomb drag on negatiivne - see tähendab, et elektroni liikumine ühes suunas põhjustas teise lehe ava liikumiseks vastupidises suunas!

Neid tulemusi ei saanud seletada olemasolevate teooriatega.

Selles uues uuringus selgitatakse neid hämmastavaid tulemusi, kasutades selleks olulisi mitut riba protsesse, mida ei olnud eelnevalt teoreetilistel mudelitel arvestatud.

Eelmised katse-uuringud Coulomb drag olid läbi viidud tavapäraste pooljuhtseadiste süsteemid, mis on palju suurema bandgaps.

Kuid kahekihilisel grafeenil on väga väike riba ja seda saab muuta proovivõtuga ja allpool paiknevate metallist väravatega risti asetsevate elektriliste väljade abil.

Mõlema juhtivuse ja valentsvööndi transpordi arvutamine grafeeni kahekihilisse kihti oli "puuduv lüli", mis lahkus eksperimentaalsete tulemuste teooriaga. Kummaline negatiivne tõmme juhtub siis, kui soojusenergia läheneb ribahea energiaga.

Tugevad multiband-efektid mõjutavad ka eksiton-superfluidide moodustumist kahekihilisse grafeeni, mistõttu see töö avab uusi võimalusi uurimiseks eksiton-superfluidides.

Uuring "Multiband-mehhanism kahepooluselise graafeensetest heterostruktuuridest peegeldatud sulustiku tõmbamise signaalide tagasipööramiseks", mida esitasid M. Zarenia, AR Hamilton, FM Peeters ja D. Neilson, ilmus Physical Review Letters 2018. aasta juulis.

Superfluids ja FLEET

Exciton superfluids uuritakse FLEET-i uurimisteema 2-s, kuna need võimaldavad null-hajumise elektroonilist voolu ja võimaldavad seega ultra-madala energiaga eksiton-transistoride kujundamist.

Eksotioonide kandmiseks kaks aatomi-õhukese (2-D) lehte võimaldab ruumitemperatuuri superfluid voogu, mis on oluline, kui uus tehnoloogia muutub elujõuliseks "kaugemale CMOS" tehnoloogiast. Kahekihiline eksiton-transistor oleks teabe töötlemise jaoks hajutamatu lüliti.

Ülekanumeras on kvantstutis keelatud hajumine, mis tähendab, et elektronid ja avad võivad voolata ilma takistusteta.

Selles ühekordses, puhas kvantosas kõik osakesed voolavad sama hoogu, nii et energia hajumist ei saaks kaotada.

FLEET (Austraalia teadusnõukogu tulevase madala energiatarbega elektroonikakomponentide tippkeskuse keskus) koondab enam kui sada Austraalia ja rahvusvahelise eksperdi, kellel on jagatud ülesanne luua uue põlvkonna ultraläikeenergia elektroonika.

Selle töö tagajärjel on arvutamiseks kasutatud energia kasvav väljakutse, mis kasutab 5-8% kogu maailma elektrist ja kahekordistub iga kümne aasta tagant.

Selliste ülikergeelsete seadmete peamine väljakutse on ülekuumenemine - nende ülikerelised pinnad piiravad tõsiselt elektrivoolu väljalaskmise kuumust.

menu
menu