Şaşırtıcı sonuçlar açıklandı: Coulomb sürtünme ve dolaylı eksiye çok yönlülük yaklaşımı
ABD'de iki araştırma grubu tarafından bağımsız olarak elde edilen deney sonuçlarının mistikleştirilmesi, teoriye zıt yönde hareket eden akuple delikleri ve elektronları göstermiş görünmektedir.
Şimdi, yeni bir teorik çalışma, daha önceki gizemli sonucu açıkladı, bu açıkça çelişkili fenomenin, çift katmanlı grafen yapılarında bandgap ile ilişkili olduğunu göstererek, geleneksel yarı iletkenlerden çok daha küçük bir bandgap.
FLEET işbirlikçisi David Neilson ve New South Wales Üniversitesi'nde FLEET CI Alex Hamilton'u içeren çalışma yazarları, yeni çok aşamalı teorinin daha önce açıklanamayan deney sonuçlarını tam olarak açıkladığını buldular.
Exciton taşıma
Exciton taşımacılığı, ultra düşük emisyonlu geleceğin elektroniği potansiyeli de dahil olmak üzere araştırmacılara büyük bir umut vaad ediyor.
Bir eksiton bir kompozit parçacıktır: bir elektron ve bir 'delik' (bir elektronun yokluğundan kaynaklanan pozitif yüklü bir "quasiparticle"), karşı elektrik yükleri ile birbirine bağlanır.
Dolaylı bir ekstansta, bir 2-D tabakasındaki serbest elektronlar, komşu 2-D tabakasında hareket etmekte serbest olan deliklere elektrostatik olarak bağlanabilir.
Elektronların ve deliklerin her biri kendi 2-D yapraklarıyla sınırlı olduğundan, yeniden birleştirilemezler, ancak iki 2-D yaprağı çok yakınsa (birkaç nanometre) birlikte elektriksel olarak bağlanabilirler.
Üstteki ('sürücü') tabakadaki elektronlar uygulanan bir voltajla hızlanırsa, altta ('sürükle') her bir ortak deliğin elektronu tarafından 'sürüklenebilmesi' mümkündür.
Deliğin üzerindeki bu 'sürükle', sürükleme tabakası boyunca indüklenen voltaj olarak ölçülebilir ve Coulomb sürtmesi olarak adlandırılır.
Böyle bir mekanizmadaki amaç, eksitonun bağlı kalması ve bir süper sıvı olarak, sıfır viskoziteli bir kuantum halini ve dolayısıyla enerjinin harcanmasını engellemektir.
Bu süper akışkan durumu elde etmek için, hassas bir şekilde tasarlanmış 2-D malzemeler sadece birkaç nanometre dışında tutulmalıdır, böylece bağlı elektron ve delik, aynı tabakadaki komşularına göre birbirine daha yakındır.
İncelenen cihazda, bir altıgen-bor-nitrit (hBN) tabakası, iki tabaka atomik-ince (2-D) iki tabakalı grafeni ayırarak, elektronların ve deliklerin rekombinasyonunu önleyen yalıtkan hBN ile ayrılır.
Bir tabakadan bir akım geçirilmesi ve diğer tabakadaki sürtünme sinyalinin ölçülmesi, deney yapanların bir tabakadaki elektronlar ve öteki delikler arasındaki etkileşimleri ölçmesine ve nihai olarak süper akışkan formasyonunun açık bir imzasını tespit etmesine izin verir.
Son zamanlarda, güçlü elektron-delik etkileşimlerinin getirdiği özellikleri gözlemlememize olanak tanıyan, yeterince ince yalıtım bariyerine sahip yeni, 2-D hetero-yapıları geliştirilmiştir.
Açıklanamayanı açıklayan: negatif sürükleme
Bununla birlikte, 2016'da yayınlanan deneyler son derece şaşırtıcı sonuçlar verdi. Bazı deneysel koşullar altında, Coulomb sürtünmesinin negatif olduğu görülmüştür - yani bir elektronu bir yönde hareket ettirmek, diğer tabakadaki deliğin ters yönde hareket etmesine neden olmuştur!
Bu sonuçlar mevcut teorilerle açıklanamadı.
Bu yeni çalışmada, bu şaşırtıcı sonuçlar, daha önce teorik modellerde dikkate alınmamış çok önemli çok bantlı süreçler kullanılarak açıklanmıştır.
Coulomb sürtünme ile ilgili önceki deneysel çalışmalar, daha büyük bant aralıklarına sahip konvansiyonel yarı iletken sistemlerde gerçekleştirilmiştir.
Bununla birlikte, iki tabakalı grafen çok küçük bir bant şekline sahiptir ve bu, numunenin üstünde ve altında bulunan metal kapılardan dikey elektrik alanları ile değiştirilebilir.
Grafen çift katmanlarının her birinde hem iletim hem de değerlik bantlarındaki taşınmanın hesaplanması, teoriyi deneysel sonuçlarla birleştiren “kayıp bağlantı” idi. Garip negatif sürüklenme, termal enerji bandgap enerjisine yaklaştığında gerçekleşir.
Güçlü çok bantlı etkiler, iki katmanlı grafende eksiton süper sıvıların oluşumunu da etkiler, bu nedenle bu çalışma eksiton süper akışkanlarda keşif için yeni olasılıklar açar.
Çalışmada, M. Zarenia, AR Hamilton, FM Peeters ve D. Neilson tarafından "Çift Bilayer Grafen Heterostructures'ta Gözlenen Coulomb Sürtünme İşaretinin Tersine Dönmesi için Çok Kutuplu Mekanizma", Temmuz 2018'de Fiziksel İnceleme Mektupları'nda yayınlandı.
Superfluids ve FLEET
Exciton süper akışkanlar, FLEET'in Araştırma teması 2 içerisinde sıfır-yayılımlı elektronik akımı taşıma potansiyelleri için çalışılmış ve böylece ultra düşük enerjili eksiton transistörlerinin tasarımına izin verilmiştir.
Eksitonları taşımak için çift atomik-ince (2-D) yaprakların kullanılması, oda sıcaklığı süper akışkan akışına izin verecektir, bu da yeni teknolojinin 'CMOS'un ötesinde' uygulanabilir bir hale gelmesi durumunda anahtardır. İki katmanlı bir exciton transistörü, bilgi işlem için dağıtıcı bir anahtar olacaktır.
Süper sıvıda saçılma kuantum istatistikleriyle yasaklanmıştır, bu da elektronların ve deliklerin dirençsiz akabileceği anlamına gelir.
Bu tek, saf kuantum haldeyken, tüm parçacıklar aynı momentumla akar, böylece hiçbir enerji kayıp yoluyla kaybedilemez.
FLEET (Avustralya Araştırma Konseyi Geleceğin Düşük Enerji Elektroniği Teknolojileri Mükemmeliyet Merkezi), yüzlerce Avustralyalı ve uluslararası uzmanı bir araya getirerek, yeni nesil ultra düşük enerji elektroniği geliştirme misyonunu bir araya getiriyor.
Bu çalışmanın ardındaki ivme, hesaplamada kullanılan enerjinin gittikçe artan zorluğudur; bu, küresel elektriğin% 5-8'ini kullanır ve her on yılda ikiye katlanır.
Bu ultra minyatür cihazların önemli bir zorluğu aşırı ısınmadır - ultra küçük yüzeyleri elektrik akımlarından kaçış için ısı yollarını ciddi şekilde sınırlar.