Cercetătorii blochează electronii pentru a crea cristale evazive cu ipoteze lungi

Cercetătorii Cornell au asamblat semiconductori bidimensionali pentru a crea o structură de suprapunere moiré care blochează electronii într-un model iterativ, formând în cele din urmă cristalul Wigner ipotezat de mult. Credit: Universitatea Cornell

La fel ca copiii anxioși care prezintă un portret de familie, electronii nu vor dura suficient pentru a rămâne în orice fel de aranjament fix.

Acum, o colaborare condusă de Cornell a dezvoltat o modalitate de a agrega semiconductori bidimensionali și de a prinde electroni într-un model iterativ care formează un cristal specific, lung ipotezat.

Documentul echipei, „State interconectate izolate în umpluturile fracționate din superlătici Moiré”, publicat pe 11 noiembrie 2020, în Natură. Autorul principal al lucrării este cercetătorul postdoctoral Yang Xu.

Proiectul a fost ridicat de laboratorul comun al Kin Fai Mak, profesor asociat de fizică la Colegiul de Arte și Științe, și Jie Shan, profesor de fizică aplicată și inginerie la Colegiul de Inginerie, co-autori ai lucrării. Ambii cercetători sunt membri ai Institutului Cornell din Cornell pentru științe la nano-scară; au venit la Cornell prin inițiativa Provost Nanoscale Science and Microsystems Engineering (NEXT Nano).

Un cristal de electroni a fost prezis pentru prima dată în 1934 de către fizicianul teoretic Eugene Wigner. El a propus ca atunci când repulsia rezultată din electronii încărcați negativ – numită repulsie Coulomb – să domine energia cinetică a electronilor, s-ar forma un cristal. Oamenii de știință au încercat diverse metode pentru a suprima acea energie cinetică, cum ar fi plasarea electronilor sub un câmp magnetic extrem de mare, de aproximativ o milion de ori mai mare decât câmpul magnetic al Pământului. Cristalizarea completă rămâne evazivă, dar echipa Cornell a descoperit o nouă metodă de realizare.

„Electronii sunt mecanici cuantice. “Chiar dacă nu le faci nimic, ei se mișcă spontan tot timpul”, a spus Mac. “Un cristal de electroni ar tinde de fapt să se topească, deoarece este atât de greu să păstrezi electronii fixați într-un model periodic”.

Deci, soluția cercetătorilor a fost de a construi o capcană curentă prin agregarea a două monostraturi semiconductoare, disulfură de tungsten (WS2) și disilenură de tungsten (WSe2), cultivate de parteneri în Universitatea Columbia. Fiecare monostrat are o constantă de rețea ușor diferită. Când sunt împerecheați, creează o structură moiré rotundă, care în esență arată ca o grilă hexagonală. Cercetătorii au plasat apoi electroni în locații specifice ale modelului. Așa cum s-a găsit într-un proiect anterior, bariera energetică dintre țări blochează electronii.

“Putem controla captarea medie a electronilor într-o anumită locație moiré”, a spus Mak.

Având în vedere modelul complicat al unui super-rețea moiré, combinat cu natura nervoasă a electronilor și necesitatea de a le plasa într-un aranjament foarte specific, cercetătorii s-au adresat lui Veit Elser, profesor de fizică și co-autor al lucrării, i care a calculat raportul ocupației prin care diferite aranjamente electronice s-ar autocristaliza.

Cu toate acestea, provocarea cristalelor Wigner nu este doar crearea lor, ci și observarea lor.

„Trebuie doar să atingi condițiile potrivite pentru a crea un cristal electronic și, în același timp, sunt și ele fragile”, a spus Mak. „Ai nevoie de o modalitate bună de a le investiga. Chiar nu vrei să fii frustrat dacă nu poți obține tonul potrivit, așa că investește într-un capo bun. “

Echipa a inventat o nouă tehnică de detectare optică în care un senzor optic este plasat lângă probă și întreaga structură este plasată între straturi izolante de nitrură de hexagon de bor, creată de colaboratori la Institutul Național de Știința Materialelor din Japonia. Deoarece senzorul este separat de eșantion cu aproximativ doi nanometri, nu rupe sistemul.

Noua tehnică a permis echipei să observe numeroase cristale electronice cu diferite simetrii ale cristalelor, de la cristale Wigner cu zăbrele triunghiulare până la cristale aliniate în dungi și variatoare. Procedând astfel, echipa a demonstrat cum ingredientele foarte simple pot forma modele complexe – atât timp cât ingredientele durează încă suficient de mult.

Referință: „Starea de izolare a corelației în umpluturile fracționate ale super-rețelelor moiré” de Yang Xu, Song Liu, Daniel A. Rhodes, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, James Hone, Veit Elser, Kin Fai Mak și Jie Shan, 11 noiembrie 2020 , Natură.
DOI: 10.1038 / s41586-020-2868-6

Coautorii lucrării includ cercetători de la Universitatea Columbia și Institutul Național pentru Știința Materialelor din Japonia.

Cercetarea și fabricarea dispozitivului au fost susținute de Departamentul de Energie al SUA, Biroul de Cercetări Marine din SUA și Fellowship David și Lucille Packard.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Modelul demonstrează similitudini în modul în care studiază oamenii și insectele

Modelul de calcul demonstrează similaritatea în cunoașterea împrejurimilor oamenilor și insectelor. Potrivit unui nou studiu de la Universitatea din Sussex, care arată cum oamenii pot...

Cum am creat „furtuna perfectă” pentru evoluția și transmiterea bolilor infecțioase, cum ar fi COVID-19

Potrivit unui cercetător de la Universitatea din Anglia de Est, în majoritatea modurilor noastre, „furtuna perfectă” a fost creată pentru evoluția și transmiterea bolilor...

„Adezivul molecular” crește eficiența și face ca celulele solare perovskite să devină mult mai fiabile în timp

Cercetătorii au folosit „adeziv molecular” auto-asamblat monostrat pentru a consolida interfețele din celulele solare perovskite pentru a le face mai eficiente, stabile și fiabile....

Pastele plate sunt atât de avansate încât se formează în morfuri atunci când sunt fierte

Laboratorul CMU gestionează producția de paste, care își schimbă forma pe măsură ce gătește. Credit: Universitatea Carnegie Mellon Pastele plate ambalate creează ambalare, transport...

Oamenii de știință ai undelor gravitaționale Excelentă nouă metodă de rafinare a constantei Hubble – expansiunea și vârsta universului

O ilustrare a artistului unei perechi unificate de stele neutronice. Credit: Carl Knox, Universitatea OzGrav-Swinburne O echipă de oameni de știință internaționali, condusă de...

Newsletter

Subscribe to stay updated.