Za fizike UW je 2-D oblika volframovega ditelurida polna presenečenj

The Most Mysterious Scenes Of Paranormal activity (Junij 2019).

Anonim

Splošna javnost bi lahko mislila na 21. stoletje kot dobo revolucionarnih tehnoloških platform, kot so pametni telefoni ali družabni mediji. Toda za mnoge znanstvenike je to stoletje obdobje druge platforme: dvodimenzionalni materiali in njihove nepričakovane skrivnosti.

Te 2-D materiale lahko pripravimo v kristalnih ploščah kot tanke kot enojno monolamin, le en ali več atomov. V enoslojnem sloju so elektroni omejeni na to, kako se lahko premikajo: tako kot deli na igrišču, se lahko premikata spredaj nazaj, stran od druge ali diagonalno - ne pa gor ali dol. Ta omejitev omogoča monolayerje funkcionalno dvodimenzionalno.

2-D realm razkriva lastnosti, ki jih predvideva kvantna mehanika, pravila, ki temeljijo na verjetnosti, ki temeljijo na vedenju vsake snovi. Ker je bil grafen, prvi monolayer, ki je leta 2004 debitiral, znanstveniki izolirali številne druge 2-D materiale in pokazali, da posedujejo edinstvene fizikalne in kemične lastnosti, ki bi med drugim lahko spremenila računalništvo in telekomunikacije.

Za ekipo, ki jo vodijo znanstveniki na Univerzi v Washingtonu, je 2-D oblika ene kovinske spojine - volframov ditelurid, ali WTe 2 - ozka kvantna razkritja. V članku, objavljenem 23. julija v reviji Nature, raziskovalci poročajo o najnovejših odkritjih o WTe 2: njena 2-D oblika lahko preide na "ferroelektrično preklapljanje". Ugotovili so, da se, ko sta dva monosloja združena, dobljeni "dvosloj" razvije spontano električno polarizacijo. To polarizacijo lahko z uporabo električnega polja preklopite med dvema nasprotnima stanjima.

"Iskanje feroelektričnega preklopa v ta 2-D material je bilo popolno presenečenje, " je dejal višji avtor David Cobden, profesor fizike v UW. "Nismo ga iskali, vendar smo videli čudno obnašanje in po hipotezi o svoji naravi smo izdelali nekaj poskusov, ki so ga lepo potrdili."

Materiali s feroelektričnimi lastnostmi imajo lahko aplikacije v pomnilniški pomnilnik, kondenzatorje, tehnologije RFID kartice in celo medicinske senzorje.

"Pomislite na feroelektriko kot stikalo narave, " je dejal Cobden. "Polarizirano stanje feroelektričnega materiala pomeni, da imate znotraj materiala neenakomerno porazdelitev polnjenja - in ko se pojavi feroelektrično preklapljanje, se stroški gibajo kolektivno, namesto da bi bili v umetnem elektronskem preklopniku, ki temelji na tranzistorjih."

UW ekipa je ustvarila monolayerje WTe 2 iz svoje 3-D kristalne oblike, ki so ga razvili soavtorji Jiaqiang Yan pri Nacionalnem laboratoriju Oak Ridge in Zhiying Zhao na Univerzi Tennessee, Knoxville. Potem je UW ekipa, ki je delala v izolacijskem ohišju brez kisika in tako preprečil degradacijo WTe 2, uporabil Scotch Tape za piling tanke liste WTe 2 iz kristalne tehnike, ki se pogosto uporablja za izolacijo grafena in drugih 2-D materialov. S temi izoliranimi listi so lahko merili svoje fizikalne in kemične lastnosti, kar je pripeljalo do odkritja feroelektričnih lastnosti.

WTe 2 je prvi odvečni material 2-D, za katerega je znano, da se prevaža feroelektrično preklapljanje. Pred tem odkritjem so znanstveniki videli samo elektroenergetsko preklapljanje v električnih izolatorjih. Toda WTe 2 ni električni izolator; to je pravzaprav kovina, čeprav ni zelo dobra. WTe 2 vzdržuje tudi feroelektrično preklapljanje pri sobni temperaturi, preklop je zanesljiv in se sčasoma ne razgradi, v nasprotju s številnimi konvencionalnimi 3-D ferroelektričnimi materiali, v skladu s Cobdenom. Te značilnosti lahko naredijo WTe 2 obetaven material za manjše, robustnejše tehnološke aplikacije kot druge feroelektrične spojine.

"Edinstvena kombinacija fizičnih lastnosti, ki smo jih videli v WTe 2, je opozorilo, da se v 2-D materialih lahko opazijo vse vrste novih pojavov", je dejal Cobden.

Ferroelektrično preklapljanje je drugo večje odkritje Cobdena in njegova ekipa je naredila približno enoslojni WTe 2. V dokumentu iz leta 2017 v fiziki narave je ekipa poročala, da je ta material tudi "topološki izolator", prvi 2-D material s to eksotično lastnostjo.

V topološkem izolatorju so valovne funkcije elektronov - matematični povzetki njihovih kvantno mehanskih stanj - nekakšno vgrajeno zavijanje. Zaradi težav pri odstranjevanju tega prepletanja so topološki izolatorji lahko uporabili kvantne računalnike - polje, ki si prizadeva izkoristiti kvantno-mehanske lastnosti elektronov, atomov ali kristalov, da bi ustvarili računalniško moč, ki je eksponentno hitrejša od današnje tehnologije. Razkritje UW-a je izhajalo iz teorij, ki jih je razvil David J. Thouless, profesor fizike, ki je podelil Nobelovo nagrado za fiziko leta 2016, delno za njegovo delo na topologiji v 2-D področju.

Cobden in njegovi kolegi nameravajo raziskati monolajtni WTe 2, da bi videli, kaj se lahko naučijo.

"Vse, kar smo do zdaj izmerili o WTe 2, ima v njej nekaj presenečenja, " je dejal Cobden. "To je razburljivo razmišljati, kaj lahko najdemo v nadaljevanju."

menu
menu