Dapur Superkonduktivitas Dapur Dari Bahan 2D Bertumpuk

Eksitasi dibentuk di seluruh lapisan dalam superlattice 3D dari semikonduktor 2D bertumpuk. Kredit: Olivia Kong

Elektronik energi sangat rendah “langsung dari lemari es”?

Bisakah tumpukan material 2D memungkinkan arus super pada suhu tanah yang hangat, mudah didapat di dapur rumah?

Sebuah studi internasional yang diterbitkan pada bulan Agustus membuka jalan baru menuju supercharger bersuhu tinggi pada suhu “panas” seperti di lemari es dapur.

Tujuan utamanya adalah untuk mencapainya superkonduktivitas (yaitu, arus listrik tanpa kehilangan energi dari hambatan) pada suhu yang wajar.

Pasangan Elektron dan Lubang Tertaut

Pasangan elektron dan lubang yang terhubung (partikel senyawa yang disebut eksiton) bergerak dalam keadaan kuantum 3D, “superfluid” menjadi “tumpukan” lapisan bolak-balik. Elektron dan lubang bergerak di sepanjang lapisan 2D yang terpisah. Kredit: Olivia Kong

Menuju superkonduktivitas pada suhu kamar

Sebelumnya, superkonduktivitas hanya mungkin terjadi pada suhu praktis rendah, kurang dari -170 ° C di bawah nol – bahkan Antartika pun akan terlalu panas!

Untuk alasan ini, biaya pendinginan superkonduktor menjadi tinggi, membutuhkan sistem pendingin yang mahal dan intensif energi.

Superkonduktivitas pada suhu sehari-hari merupakan tujuan akhir para peneliti di lapangan.

Perangkat superlattice semikonduktor baru ini dapat membentuk dasar kelas baru elektronik berdaya rendah yang radikal dengan konsumsi daya yang jauh lebih rendah daripada elektronik berbasis silikon konvensional (CMOS).

Elektronik semacam itu, berdasarkan jenis konduktor baru di mana transistor solid-state berubah dari nol menjadi satu (yaitu, peralihan biner) tanpa hambatan pada suhu kamar, adalah tujuan dari FLEET Center of Excellence.

Kegembiraan di Superlattice

Bentuk eksitasi di seluruh lapisan dalam superlattice 3D dari semikonduktor 2D bertumpuk. Kredit: Olivia Kong

Exciton arus super dalam elektronik hemat energi

Karena elektron bermuatan berlawanan dan lubang di semikonduktor saling tertarik secara elektrik, mereka dapat membentuk pasangan yang rapat. Partikel komposit ini disebut eksiton, dan membuka jalur baru menuju konduksi tanpa resistensi terhadap suhu lingkungan.

Eksitasi pada prinsipnya dapat membentuk quantum, status ‘superfluous’, di mana mereka bergerak bersama tanpa perlawanan. Dengan kegembiraan yang sangat terkait, superfluiditas harus ada pada suhu tinggi – bahkan setinggi suhu kamar.

Namun sayangnya, karena elektron dan sumbernya sangat berdekatan, dalam praktiknya eksiton memiliki umur yang sangat pendek – hanya beberapa nanodetik, tidak cukup waktu untuk membentuk superfluida.

Sebagai solusinya, elektron dan forum dapat dipisahkan sepenuhnya menjadi dua, secara terpisah ramping secara atomis melakukan strata, menciptakan apa yang disebut rangsangan ‘spasial tidak langsung’. Elektron dan lubang bergerak sepanjang lapisan konduktor yang terpisah tetapi sangat sempit. Ini berarti bahwa eksitasi bertahan lama, dan memang superfluiditas baru-baru ini diamati dalam sistem tersebut.

Arus balik dalam superfluida eksiton, di mana elektron dan lubang bermuatan berlawanan bergerak bersama dalam lapisan yang terpisah, memungkinkan apa yang disebut ‘arus super’ (arus listrik tanpa disipasi) mengalir dengan resistansi nol dan energi nol. terbuang. Karena itu, ini jelas merupakan prospek yang menarik untuk masa depan, elektronik hemat energi.

Lapisan yang ditumpuk melebihi batasan 2D

Sara Conti yang merupakan salah satu penulis studi ini, mencatat masalah lain: lapisan konduktif yang tipis secara atom bersifat dua dimensi, dan dalam sistem 2D ada batasan kuantum topologis yang kaku ditemukan oleh David Thouless dan Michael Kosterlitz (Hadiah Nobel 2016), yang menghilangkan superfluiditas pada suhu yang sangat rendah, di atas sekitar -170 ° C.

Perbedaan utama dengan sistem baru yang diusulkan dari lapisan tipis atom yang ditumpuk dengan bahan semikonduktor logam transisi (TMD), adalah bahwa itu tiga dimensi.

Batasan topologi 2D diatasi dengan menggunakan lapisan tipis 3D “ superlatif ” ini. Lapisan alternatif didoping dengan elektron berlebih (doped n) dan lubang berlebih (doped p) dan ini membentuk eksiton 3D.

Studi tersebut memprediksi bahwa arus super eksiton akan mengalir ke sistem ini pada suhu panas hingga -3 ° C.

David Neilson, yang telah bekerja selama beberapa tahun pada superfluiditas exciton dan sistem 2D, mengatakan “Superlattice 3D yang diusulkan melampaui batasan topologi sistem 2D, memungkinkan arus super pada -3 ° C. dan lubangnya sangat erat, peningkatan desain lebih lanjut harus dilakukan hingga mencapai suhu kamar. “

“Anehnya, saat ini menjadi rutin untuk menghasilkan tumpukan lapisan atom yang tipis ini, sejajar secara atom, dan menyatukannya dengan tarikan atom lemah van der Waals,” jelas Profesor Neilson. “Dan sementara studi baru kami adalah proposisi teoritis, itu dirancang dengan hati-hati agar layak dengan teknologi saat ini.”

Pembelajaran

Studi ini mengamati superfluiditas dalam tumpukan yang terbuat dari lapisan bolak-balik dari dua bahan lapisan tunggal yang berbeda (logam transisi TMDC yang didoping n dan p-dikalkogenida WS2 dan WSe2).

Referensi: “Superfluiditas tiga dimensi dari lubang elektron dalam kisi super yang mendekati suhu kamar” oleh M. Van der Donck, S. Conti, A. Perali, AR Hamilton, B. Partoens, FM Peeters dan D.Neilson, 25 Agustus 2020, Review Fisik B.
DOI 10.1103 / PhysRevB.102.060503

Studi ini dipimpin oleh Profesor FLEET PI David Neilson, bekerja dengan kolaborator di Universitas Antwerp (Belgia), Universitas Camerino (Italia) dan UNSW Sydney (Australia).

Pekerjaan ini telah didukung oleh Foundation for Flemish Research, program Flagships Future and Emerging Technologies dari Area Riset Eropa dan Australian Research Council (program Center of Excellence).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ada lebih banyak genetika daripada DNA

Ahli biologi di Inggris dan Austria telah mengidentifikasi 71 gen baru pada tikus. Ahli biologi di Universitas Bath dan Wina telah menemukan 71 gen baru...

Untuk mencegah kelaparan, adaptasi iklim membutuhkan miliaran investasi tahunan tambahan

Investasi dalam penelitian pertanian, pengelolaan air, infrastruktur dapat mencegah pertumbuhan kelaparan yang disebabkan oleh iklim. Untuk mencegah dampak perubahan iklim pada tahun 2050, yang memaksa...

Teknologi Ultra Tipis Canggih untuk Merevolusi Penglihatan Malam – “Kami Membuat Yang Tak Terlihat Terlihat”

Dr. Rocio Camacho Morales mengatakan para peneliti membuatnya "tidak terlihat, terlihat." Kredit: Jamie Kidston, Universitas Nasional Australia Biar ringan! Film ultra-tipis suatu hari...

Maju dalam dekomposisi CO2 dengan efisiensi tinggi

ARA. 1: Metode sintesis fotokatalis tiga komponen baru. Sebuah nanotube karbon enkapsulasi molekul yodium direndam dalam larutan perak nitrat (AgNO3) berair untuk menghasilkan...

Satelit Terkemuka di Lautan – Copernicus Sentinel-6 – Hidup!

Copernicus Sentinel-6 menggunakan mode inovatif yang diselingi dengan altimeter radar frekuensi ganda Poseidon-4 (C- dan Ku-band), yang telah meningkatkan kinerja dibandingkan dengan desain altimeter...

Newsletter

Subscribe to stay updated.