Pojasnjeni zmedeni rezultati - multibandski pristop k Coulombjevim vlečnim in posrednim eksitonom

What Really Happened To Etika: The Venus Project Theory (Junij 2019).

Anonim

Mystifying eksperimentalnih rezultatov, ki jih neodvisno pridobijo dve raziskovalni skupini v ZDA, je pokazala, da so vezane luknje in elektroni premikali v nasprotni smeri proti teoriji.

Zdaj je nova teoretična študija pojasnila prej skrivnostni rezultat, saj je pokazala, da je ta navidezno protislovni pojav povezan z razponom v dvoplastnih grafenskih strukturah, ki je veliko manjša kot pri konvencionalnih polprevodnikih.

Avtorji študije, ki so sodelovali s sodelavci FLEET-a David Neilson na Univerzi v Camerinu in FLEET CI Alex Hamilton na Univerzi v New South Walesu, so ugotovili, da nova multibandna teorija v celoti razloži predhodno nerazložljive eksperimentalne rezultate.

Exciton transport

Exciton transport ponuja veliko obljubo raziskovalcem, vključno s potencialom za ultra-nizko disipacijo prihodnjo elektroniko.

Eksiton je sestavljen delec: elektron in "luknja" (pozitivno napolnjena "kvazipodula", ki jo povzroča odsotnost elektronov), ki jih povezujejo njihovi nasprotni električni naboji.

V indirektnem eksitonu so lahko prosti elektroni v enem 2-D listu elektrostatično povezani z luknjami, ki jih je mogoče prosto potovati v sosednjem 2-D listu.

Ker so elektroni in luknje vsakokrat omejeni na svoje 2-D plošče, jih ne morejo rekombinirati, lahko pa se električno vežejo skupaj, če sta dve 2-D listi zelo blizu (nekaj nanometrov).

Če se elektroni na zgornjem ("pogonskem") listu pospešijo z uporabljeno napetostjo, se lahko vsaka partnerska luknja v spodnjem ("povlečnem") listu "vleče" po elektronu.

Ta "vlečenje" na luknji se lahko meri kot inducirana napetost čez povlečen list in se imenuje Coulomb drag.

Cilj takega mehanizma je, da ostane vezan eksciton in da potuje kot superfluidno, kvantno stanje z ničelno viskoznostjo in s tem brez izgubljenega razprševanja energije.

Da bi dosegli to superfluidno stanje, je treba natančno izdelane 2-D materiale hraniti le nekaj nanometrov narazen, tako da je vezani elektron in luknja precej bližji drug drugemu, kot je na njihovih sosedih v istem listu.

V preučevani napravi pločevina s heksagonalno-boron-nitridom (hBN) ločuje dve listi atomsko tanke (2-D) dvoslojne grafene, izolacijski hBN preprečuje rekombinacijo elektronov in lukenj.

Prenos toka skozi en list in merjenje vlečnega signala na drugem listu omogoča eksperimentatorjem, da izmerijo interakcije med elektroni v enem listu in luknje v drugi in da na koncu odkrijejo jasen podpis nastanka superfluidnih snovi.

Šele pred kratkim smo razvili nove, 2-D heterostrukture z dovolj tankimi izolacijskimi pregradami, ki nam omogočajo, da opazujemo značilnosti, ki jih prinašajo močne elektronske luknje.

Pojasnjuje nerazložljivo: negativno povlecite

Vendar pa so poskusi, objavljeni leta 2016, pokazali izjemno zmedo. V nekaterih eksperimentalnih pogojih je bilo ugotovljeno, da je Coulombova vleka negativna - to pomeni, da je premikanje elektronov v eni smeri povzročila, da se luknja v drugem listu premakne v nasprotni smeri!

Te rezultate ni bilo mogoče razložiti z obstoječimi teorijami.

V tej novi študiji so ti zagonetni rezultati razloženi z uporabo ključnih večplastnih procesov, ki jih prej niso upoštevali v teoretičnih modelih.

V klasičnih polprevodniških sistemih so bile izvedene predhodne eksperimentalne raziskave Coulomb vlečenja, ki imajo veliko večje razmake.

Vendar ima dvoslojni grafen zelo majhno pasovno širino in ga lahko spreminjata navpična električna polja od kovinskih vrat, nameščenih nad in pod vzorcem.

Izračun transporta v obeh condukcijskih in valenčnih pasovih v vsakem od grafenskih dvoslojcev je bil "manjkajoča povezava", ki se oriše s teorijo na eksperimentalne rezultate. Čudno negativno vlečenje se zgodi, ko se toplotna energija približuje energiji vmesnega pasu.

Močni multibandni učinki vplivajo tudi na nastanek ekscitonskih superfluidov v dvoplastnem grafenu, zato to delo odpira nove možnosti za raziskovanje eksfitonskih superfluidov.

Študija "Multibandni mehanizem za preobrat znakov Coulomb-a, ki je bil opazovan v dvopasopisnih grafenskih heterostrukturah", M. Zarenia, AR Hamilton, FM Peeters in D. Neilson, je bil objavljen v Physical Review Lettersu julija 2018.

Superfluidi in FLEET

Excitonove superfluide so proučevane v okviru FLEET-ove raziskave 2 za njihovo zmožnost prenosa elektronskega toka z ničelnim razpadom in s tem omogočiti načrtovanje tranzistorjev izjemno nizkoenergetskih excitonov.

Uporaba dvojno atomsko tanke (2-D) pločevine za prenos eksitonov bo omogočila pretok tekočega toka, kar je ključno, če naj bi nova tehnologija postala sposobna "izven CMOS" tehnologije. Tranzistor dvoslojni exciton bi bil brezpotencialno stikalo za obdelavo informacij.

V superfluidu je kvantno statistiko prepovedano razprševanje, kar pomeni, da lahko elektroni in luknje tečejo brez upora.

V tem enotnem, čistem kvantnem stanju vsi delci tečejo z istim zagonom, tako da se nobena energija ne more izgubiti z disipacijo.

FLEET (Center za odličnost avstralskega raziskovalnega sveta pri prihodnjih tehnologijah nizke porabe energije) združuje več kot sto avstralskih in mednarodnih strokovnjakov s skupno nalogo, da razvijejo novo generacijo ultra-nizkoenergetske elektronike.

Zagotavljanje takšnega dela je vse večji izziv energije, ki se uporablja pri računanju, ki porabi 5-8% svetovne električne energije in se podvaja vsako desetletje.

Ključni izziv takih ultra-miniaturnih naprav se pregreje - njihove zelo majhne površine resno omejujejo način, kako toplota iz električnih tokov pobegne.

menu
menu