Superconductivity ng temperatura sa kusina mula sa dalawang-layer na materyales

Ang mga excitons ay nabuo sa pamamagitan ng mga layer sa 3D lattices ng two-layer semiconductors. May-akda: Olivia Kong

Ang electronics na may ultra-mababang enerhiya na “diretso mula sa ref”?

Maaari bang payagan ng isang stack ng 2D na materyales ang mga supercurrent sa labis na mainit na temperatura na madaling makamit sa isang kusina sa bahay?

Ang isang pang-internasyonal na pag-aaral na inilathala noong Agosto ay nagbibigay ng isang bagong landas sa mga overshoot na may mataas na temperatura sa “mainit” na temperatura, tulad ng isang malamig na ref.

Ang panghuli layunin ay upang makamit superconductivity (ibig sabihin, kasalukuyang kuryente nang walang pagkawala ng enerhiya sa paglaban) sa isang makatuwirang temperatura.

Pinagsamang pares ng mga electron at butas

Ang mga nakatali na pares ng mga electron at butas (isang pinaghalo na maliit na butil na tinatawag na isang exciton) ay lumipat sa isang 3D na kabuuan na “superfluid” na estado sa loob ng isang “stack” ng mga variable layer. Ang mga electron at hole ay gumagalaw kasama ang mga indibidwal na layer ng 2D. May-akda: Olivia Kong

Sa superconductivity sa temperatura ng kuwarto

Dati, ang superconductivity ay posible lamang sa impractically mababang temperatura sa ibaba -170 ° C sa ibaba zero – kahit na ang Antarctica ay masyadong mainit!

Para sa kadahilanang ito, ang gastos ng paglamig ng mga superconductor ay mataas, na nangangailangan ng mga mamahaling at masinsinang mga sistema ng paglamig.

Ang superconductivity sa pang-araw-araw na temperatura ay ang pangunahing layunin ng mga mananaliksik sa larangang ito.

Ang bagong semiconductor superlattice device na ito ay maaaring maging batayan ng isang radikal na bagong klase ng mga electronics na may mababang lakas na may mas mababang pagkonsumo ng kuryente sa computing kaysa sa maginoo na electronics na nakabatay sa silicon (CMOS).

Ang nasabing electronics, batay sa mga bagong uri ng conductivity kung saan ang solidong transistors ng estado ay lumilipat sa pagitan ng zero at isa (ibig sabihin, paglipat ng binary) nang walang pagtutol sa temperatura ng kuwarto, ay ang layunin ng FLEET Center of Excellence.

Mga Excito sa Superlattice

Ang mga excitons ay nabuo sa pamamagitan ng mga layer sa 3D lattices ng two-layer semiconductors. May-akda: Olivia Kong

Ang mga overcurrent na exciton sa mga electronics na mahusay sa enerhiya

Dahil sa salungat na sisingilin ng mga electron at butas sa semiconductors ay mahigpit na naaakit sa bawat isa sa kuryente, maaari silang bumuo ng mahigpit na magkakabit na mga pares. Ang mga pinaghalong maliit na butil ay tinatawag na mga exciton, at binubuksan nila ang mga bagong landas sa kondaktibiti nang walang paglaban sa temperatura ng kuwarto.

Ang mga excitons ay maaaring prinsipyo na bumuo ng isang kabuuan na “superfluid” na estado kung saan sila ay gumagalaw nang walang paglaban. Sa mga nasabing malapit na nauugnay na exciton, ang sobrang kalabisan ay dapat na mayroon sa mataas na temperatura – kahit na kasing taas ng temperatura ng kuwarto.

Ngunit sa kasamaang palad, dahil ang elektron at ang butas ay napakalapit, sa pagsasanay ng mga exciton ay may isang napaka-maikling habang-buhay – lamang ng ilang mga nanoseconds, walang sapat na oras upang bumuo ng isang superfluid.

Bilang isang workaround, ang electron at ang hole ay maaaring nahahati sa dalawang bahagi sa pamamagitan ng paghati atomically manipis gumastos ng mga layer, lumilikha ng tinatawag na “spatially hindi direktang” excitons. Ang mga electron at hole ay gumagalaw kasama ng magkakahiwalay ngunit napakalapit na conductive layer. Ginagawa nitong matagal nang nabubuhay ang mga excit, at kamakailan lamang sa mga naturang sistema ay mayroong kalabisan.

Ang countercurrent sa isang superfluid exciton, kung saan ang kabaligtaran na sisingilin ng mga electron at butas ay magkakasamang gumagalaw sa magkakahiwalay na mga layer, pinapayagan ang tinatawag na “overcurrent” (de-kuryenteng kasalukuyang nang hindi pagdidabog) na dumaloy na may zero resistensya at zero na enerhiya na ginasta. Kaya’t malinaw na ito ay isang kagiliw-giliw na pag-asam para sa hinaharap na electronics na mababa ang enerhiya.

Ang mga kumplikadong layer ay nalampasan ang mga hadlang sa 2D

Si Sarah Conti, kapwa may-akda ng pag-aaral, ay nagtala, gayunpaman, isa pang problema: ang mga atomic-manipis na pagsasagawa ng mga layer ay dalawang-dimensional, at sa mga sistema ng 2D mayroong mahigpit na topological dami na mga hadlang na natuklasan nina David Towles at Michael Costerlitz (Nobel Prize 2016) alisin ang sobrang kalabisan sa napakababang temperatura, higit sa -170 ° C.

Ang isang pangunahing pagkakaiba mula sa bagong iminungkahing sistema ng reconducting na mga materyales ng dichalcogenide transition metal (TMD) na may isang manipis na layer ng atomic ay iyon tatlong-dimensional.

Ang mga limitasyong topological ng 2D ay nadaig sa pamamagitan ng 3D na “lattice” na ito ng manipis na mga layer. Ang mga kahalili na layer ay na-doped ng labis na mga electron (doped n) at labis na mga butas (doped p), at bumubuo sila ng mga 3D exciton.

Hinuhulaan ng pag-aaral na ang exciton ay umaapaw sa mga temperatura hanggang -3 ° C ay dumadaloy sa sistemang ito.

Si David Nelson, na nagtrabaho ng maraming taon sa sobrang kalabisan ng exciton at 2D system, ay nagsabi: “Ang iminungkahing lattice ng 3D ay malaya mula sa mga topological hadlang ng 2D system, na pinapayagan ang overcurrent na -3 ° C. Dahil ang mga electron at hole ay sobrang konektado, karagdagang pagpapabuti dapat na dalhin ito ng disenyo sa temperatura ng kuwarto. “

“Nakakagulat, ngayon ay nagiging pangkaraniwan na gumawa ng mga stack ng manipis na mga layer ng atomic na ito, upang maipila ang mga ito ng atomiko at hawakan sila kasama ng mahina na pagkahumaling ng atom ng Van der Waals,” paliwanag ni Propesor Nilsson. “At bagaman ang aming bagong pag-aaral ay isang panukulang teoretikal, maingat itong idinisenyo upang posible na magamit ang modernong teknolohiya.”

Pananaliksik

Ang pag-aaral ay isinasaalang-alang ang kalabisan sa pagmamason, na binubuo ng mga alternating layer ng dalawang magkakaibang mga solong-layer na materyales (paglipat ng mga metal na breathaloid na may n- at p-doped na mga metal na paglipat ng TMDC)2 at WSe2).

Sanggunian: “Three-dimensional electron-hole superfluidity sa isang superlattice na malapit sa temperatura ng kuwarto”, M. Van der Donk, S. Conti, A. Perelli, A. R. Hamilton, B. Partoens, F. M. Peters at D. Nilsson , August 25, 2020, Pisikal na pagsusuri B.
DOI 10.1103 / PhysRevB.102.060503

Ang pag-aaral ay pinangunahan ni FLEET PI Propesor David Nilsson, na nakipagtulungan sa University of Antwerp (Belgium), University of Camerino (Italya) at UNSW Sydney (Australia).

Ang gawain ay suportado ng Flanders Research Foundation, ang pangunahing programa ng European Research Area na “Future and New Technologies” at ang Australian Research Council (“Center of Excellence” na programa).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang pag-iimbak ng nababagong enerhiya sa mga bato sa halip na mga baterya ng lithium

Kapag may labis na kuryente mula sa hangin o solar na enerhiya, sisingilin ang supply ng enerhiya. Ginagawa ito gamit ang isang sistema...

Ang Flat Pasta ay Pinagbuti Na Ang Morphs Sa Hugis Kapag Luto

Pinangunahan ng CMU Lab ang pagbuo ng pasta na humuhubog kapag luto na. Kredito: Carnegie Mellon University Ang mga flat-pack noodle ay lumilikha ng...

Mga debate sa mga Dalubhasa: Na-diagnose ba ang PTSD?

Ang ilang mga klinika ay nag-aalala na post-traumatic stress disorder (PTSD) ang diyagnosis ay nadagdagan sa buong lipunan ng Kanluran mula pa noong huling...

Ang ilaw ng Zap ay nagpapalit ng mga kulay at pattern ng mga bagay

Ang bagong sistema ay gumagamit ng ilaw na UV na inaasahang sa mga bagay na natatakpan ng isang tinain na pinapagana ng ilaw upang...

Oo, Maaari kang Magkaroon ng Higit sa 150 Mga Kaibigan

Ang mga indibidwal ay maaaring mapanatili ang matatag na mga pakikipag-ugnay sa lipunan na may halos 150 katao. Ito ay isang mungkahi na...

Newsletter

Subscribe to stay updated.