Yeni geliştirilen grafen cihazı yalnızca siyah bir süper iletken değil, aynı zamanda bir grafen yalıtkanıdır.
ABD Enerji Bakanlığı'nın Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'ndaki (Berkeley Laboratuvarı) bilim adamları, insan saçından daha ince ve derin özelliklere sahip bir grafen cihazı geliştirdiler. Herhangi bir enerji kaybetmeden elektriği ileten süper iletken bir malzemeden, akımı bloke eden bir yalıtıcıya ve ardından süper iletken bir malzemeye kolayca geçiş yapabilir ve bunların tümü bir anahtarın basitçe çevrilmesini gerektirir. "Doğa" açık. Genellikle, biri süper iletken kuantum fazındaki ve yalıtım fazındaki elektronların etkileşimini incelemek istediğinde, farklı materyallerin çalışılması gerekir.
Berkeley Lab Malzeme Bilimi Bölümü'nden Profesör Wang ve California Üniversitesi'nden Fizik Profesörü Berkeley şunları söyledi: Bu sistemle süperiletkenlik aşaması ve yalıtım aşaması tek bir yerde aynı anda incelenebilir. Grafen cihazı üç atomik kalınlıkta (iki boyutlu) grafenden oluşur.İki boyutlu bor nitrür katmanları arasına sıkıştırıldığında, hareli süper örgü adı verilen tekrar eden bir model oluşur. Bu materyal, diğer bilim insanlarının yüksek sıcaklık süperiletkenliği olgusunun arkasındaki karmaşık mekaniği anlamalarına yardımcı olabilir. Yüksek sıcaklık süperiletkenliği, sıcaklık donma noktasının hala yüzlerce derece altında olmasına rağmen beklenenden daha yüksek bir sıcaklıkta elektrik iletebilen bir malzemeyi ifade eder.
Daha önceki bir çalışmada bilim adamları, Mott izolatörlerinin özelliklerini üç katmanlı grafenden yapılmış cihazlarda gözlemlediler. Mott izolatörleri, klasik teori elektrik iletkenliklerini tahmin etmesine rağmen, donma noktasının yüzlerce derece altında elektrik iletmeyen bir malzeme sınıfıdır. Ancak uzun zamandır insanlar, Mott izolatörlerinin daha fazla elektron veya pozitif yük ekleyerek süper iletkenliğe ulaşabileceğine inanıyorlardı. Son 10 yılda, araştırmacılar, genellikle grafenden başlayarak farklı iki boyutlu malzemeleri birleştirmenin yollarını araştırıyorlar. Grafen, verimli termal ve elektrik iletkenliği ile tanınan bir malzemedir. Bu çalışmaya ek olarak, diğer araştırmacılar da grafenin oluşturduğu Mohr süper örgüsünün garip fiziksel özelliklere sahip olduğunu keşfettiler.
Yeni bir fizik dünyasının kapısını açın
Örneğin, katmanlar uygun bir açıda düzenlendiğinde süper iletkenlik meydana gelecektir. Bu nedenle, bu çalışmada, üç katmanlı grafen sistemi bir Mott yalıtkanı ise, süperiletken de olabilir mi? Araştırmacılar, seyreltme buzdolapları ve grafen / bor nitrür cihazları kullanmak için Stanford Üniversitesi'nden David Goldhaber-Gordon, Stanford Üniversitesi Malzeme ve Enerji Bilimi Enstitüsü SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'ndan David Goldhaber-Gordon ve Fudan Üniversitesi'nden Yubo Zhang ile işbirliği yaptı. Sıcaklık eksi 460 Fahrenhayt'a yaklaşabilir, bu da grafen / bor nitrür cihazının, cihaz 4 Kelvin (eksi 452 Fahrenheit) sıcaklığa ulaştığında süperiletkenliğin Mott izolatör fazının yakınında görünmesini beklediği bir sıcaklığa soğumasını sağlar.
Araştırmacılar, cihazın üstündeki ve altındaki minik kapılara bir dizi voltaj uyguladılar. Bekledikleri gibi, hem üst hem de alt kapılara yüksek dikey bir elektrik alanı uygulandığında, grafen / bor nitrür cihazının her hücresi bir elektronla doldurulur. Bu, elektronları kararlı hale getirir ve yerinde kalır Bu elektronik "konumlandırma", cihazı bir Mott izolatörüne dönüştürür. Sonra daha yüksek bir voltaj uygulandı ve sevindirici olarak, ikinci okuma elektronların artık kararlı olmadığını gösterdi. Bunun yerine hücreler arasında gidip gelirler ve kayıpsız ve dirençsiz elektrik iletirler. Yani cihaz, Mott izolatör fazından süperiletken faza geçmiştir. Bor nitrür hareli süper örgü elektronlar arasındaki etkileşimi bir dereceye kadar artırır.
Bu etki, bir voltaj uygulandığında meydana gelir ve bu etki, cihazın süper iletken fazını değiştirir. Aynı zamanda tersine çevrilebilir - kapıya daha düşük bir voltaj uygulandığında, cihaz yalıtımlı duruma geri dönecektir. Bu çok görevli cihaz, bilim insanlarına yeni ve garip bir süper iletken malzeme türünde atomlar ve elektronlar arasındaki ince etkileşimleri incelemek için küçük, çok işlevli bir oyun alanı sağlar.Bu yeni tip süper iletken malzeme, kuantum bilgisayarların avantajlarına sahiptir. Potansiyel kullanımlar. Bilgisayarlar, bilgileri depolamak ve işlemek için kübitleri (genellikle elektronlar veya fotonlar gibi atom altı parçacıklar) ve bir gün minyatür iki boyutlu Mott transistörlerini gerçeğe dönüştürebilecek yeni Mott yalıtkan malzemeleri kullanır.
Araştırmacılar, grafen / bor nitrür cihazlarının bu kadar iyi olacağını ve onu tek tek parçacıklardan süper iletkenliğe kadar hemen hemen her şeyi incelemek için kullanabileceğini asla düşünmedi. Bu, araştırmacıların yeni fizik öğrenmek konusunda bildikleri en iyi sistemdir. Bu araştırma, Berkeley Lab liderliğindeki ve ABD Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi tarafından finanse edilen bir enerji sınırı araştırma merkezi olan Malzemelerde Kuantum Uyumuna Yeni Yollar Merkezi (NPQC) tarafından desteklenmiştir. NPQC, üç katmanlı grafen gibi yeni materyallerde kuantum tutarlılığının nasıl oluştuğunu incelemek için Berkeley Lab, Columbia Üniversitesi Argonne Ulusal Laboratuvarı ve Santa Barbara Üniversitesi'nden araştırmacıları bir araya getiriyor ve kuantum bilgi bilimine odaklanıyor Ve teknolojinin gelecekteki uygulamaları.
