Peneliti Menjebak Elektron untuk Menciptakan Hipotesis Kristal Panjang Sulit Diciptakan

Peneliti Cornell telah menumpuk semikonduktor dua dimensi untuk membuat struktur moire superlatif yang memerangkap elektron dalam pola berulang, yang akhirnya membentuk kristal Wigner yang dihipotesiskan panjang. Kredit: Universitas Cornell

Seperti anak-anak gelisah yang berpose untuk potret keluarga, elektron tidak akan bertahan cukup lama untuk berdiri dalam pengaturan tetap apa pun.

Sekarang, kolaborasi yang dipimpin Cornell telah mengembangkan cara untuk menumpuk semikonduktor dua dimensi dan menjebak elektron dalam pola berulang yang membentuk kristal tertentu yang diasumsikan panjang.

Jurnal tim, “Isolating States Correlated with Fractional Fillings of Moiré Superlates,” diterbitkan 11 November 2020, di Alam. Penulis utama makalah ini adalah peneliti postdoctoral Yang Xu.

Proyek ini lahir dari laboratorium gabungan Kin Fai Mak, profesor fisika di Sekolah Tinggi Seni dan Sains, dan Jie Shan, profesor fisika dan teknik terapan di Sekolah Tinggi Teknik, penulis pendamping makalah ini. . Kedua peneliti tersebut adalah anggota dari Cornell Kavli Institute for Nanoscale Science; mereka datang ke Cornell melalui prakarsa Nanoscale Science and Microsystems Engineering (NEXT Nano).

Kristal elektron pertama kali diprediksi pada tahun 1934 oleh fisikawan teoretis Eugene Wigner. Dia mengusulkan bahwa ketika tolakan yang dihasilkan dari elektron bermuatan negatif – disebut tolakan Coulomb – mendominasi energi kinetik elektron, sebuah kristal akan terbentuk. Para ilmuwan telah mencoba beberapa metode untuk menekan energi kinetik tersebut, seperti menempatkan elektron di bawah medan magnet yang sangat besar, sekitar satu juta kali medan magnet bumi. Kristalisasi lengkap masih sulit dipahami, tetapi tim Cornell telah menemukan metode baru untuk mencapainya.

“Elektron adalah mekanika kuantum.” Bahkan jika Anda tidak melakukan apa pun padanya, mereka secara spontan berputar sepanjang waktu, “kata Mak.” Sebuah kristal elektron sebenarnya memiliki kecenderungan untuk larut hanya karena sangat sulit untuk menjaga elektron tetap dalam pola periodik. “.

Jadi solusi para peneliti adalah membangun perangkap yang ada dengan menumpuk dua lapisan tunggal semikonduktor, tungsten disulfida (WS2) dan tungsten diselenida (WSe2), yang ditanam oleh mitra di Universitas Columbia. Setiap lapisan tunggal memiliki konstanta kisi yang sedikit berbeda. Ketika mereka dipasangkan bersama, mereka menciptakan struktur moire superlatif, yang pada dasarnya terlihat seperti kisi heksagonal. Para peneliti menempatkan elektron di situs tertentu dalam skema. Seperti yang ditemukan dalam proyek sebelumnya, penghalang energi antar situs mengunci elektron pada tempatnya.

“Kami dapat mengontrol okupansi rata-rata elektron di situs moiré tertentu,” kata Mak.

Mengingat pola rumit dari superlattice moire, dikombinasikan dengan sifat gugup elektron dan kebutuhan untuk menempatkannya dalam pengaturan yang sangat spesifik, para peneliti beralih ke Veit Elser, seorang profesor fisika dan rekan penulis makalah tersebut, yang menghitung rasio okupansi dimana disposisi berbeda dari elektron mengkristal secara otomatis.

Namun, tantangan kristal Wigner tidak hanya untuk membuat, tetapi juga untuk mengamatinya.

“Anda hanya perlu mencapai kondisi yang tepat untuk membuat kristal elektron, dan pada saat yang sama, mereka juga rapuh,” kata Mak. “Anda membutuhkan cara yang baik untuk menyelidiki mereka. Anda tidak ingin benar-benar mengganggu mereka secara signifikan saat menyelidikinya. “

Tim telah merancang teknik deteksi optik baru di mana sensor optik ditempatkan di dekat sampel, dan seluruh struktur disisipkan di antara lapisan isolasi boron nitrida heksagonal, yang dibuat oleh kolaborator di Institut Nasional untuk Ilmu Material. di Jepang. Karena sensor dipisahkan dari sampel sekitar dua nanometer, maka tidak mengganggu sistem.

Teknik baru memungkinkan tim untuk mengamati banyak kristal elektron dengan kesimetrian kristal yang berbeda, dari kristal Wigner segitiga-retikulasi hingga kristal yang berbaris dalam garis-garis dan dimer. Saat melakukannya, tim mendemonstrasikan bagaimana bahan yang sangat sederhana dapat membentuk pola yang rumit – selama bahannya masih cukup panjang.

Referensi: “Status isolasi berkorelasi dengan pengisian fraksional dari superlates moiré” oleh Yang Xu, Song Liu, Daniel A. Rhodes, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, James Hone, Veit Elser, Kin Fai Mak, dan Jie Shan, 11 November 2020, Alam.
DOI: 10.1038 / s41586-020-2868-6

Rekan penulis makalah ini termasuk para peneliti dari Universitas Columbia dan Institut Nasional untuk Ilmu Material di Jepang.

Penelitian dan pembuatan perangkat telah didukung oleh Departemen Energi AS, Biro Riset Angkatan Laut AS, dan David and Lucille Packard Fellowship.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Diet junk food dapat meningkatkan risiko mengemudi berbahaya di antara pengemudi truk

Diet tidak sehat yang terkait dengan kelelahan yang lebih besar: Faktor kunci dalam peningkatan risiko kecelakaan, kata para peneliti. Pola makan yang tidak sehat dapat...

Fotosintesis buatan menjanjikan sumber energi yang bersih dan berkelanjutan

Manusia dapat melakukan banyak hal yang tidak dapat dilakukan oleh tumbuhan. Kita bisa berjalan, berbicara, mendengarkan, melihat dan menyentuh. Tetapi tanaman memiliki...

Es laut di pantai Arktik menipis secepat yang saya kira

Es Arktik yang menurun bisa dibilang salah satu korban terbesar perubahan iklim, dan dampaknya sangat luas, dari keadaan beruang kutub yang ikonik dan satwa...

Dinosaurus terbesar di Australia – “Titan Selatan” – baru saja memasuki buku rekor!

Kolaborasi Australia, "Titan Cooper Selatan." Penulis: Vlad Konstantinov, Scott Hoknul © Museum Sejarah Alam Eromanga Apa lapangan basket yang lebih tinggi dari b-double, dan...

Maju dengan roket SLS Moon raksasa, pertemuan dekat dengan Ganymede dan gerhana cincin api

Inti roket Space Launch System (SLS) seberat 188.000 pon telah naik ke peluncur bergerak, di antara dua pendorong roket padat. Kredit: NASA Bergerak maju...

Newsletter

Subscribe to stay updated.