Kılavuz
Son zamanlarda, California Üniversitesi, Riverside'daki fizikçiler, oda sıcaklığında ilk "e-sıvıyı" oluşturmak için ultra ince yarı iletken "sandviçleri" bombalamak için güçlü lazer darbeleri kullandılar.
arka fon
Terahertz dalgaları, 100GHz ila 10THz frekans aralığına ve insan gözüyle görülemeyen mikrodalga ve kızılötesi arasında bir dalga boyuna sahip elektromanyetik dalgaları ifade eder.
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Mikrodalga ve kızılötesi uygulamaları çok olgun olsa da, terahertz dalgaları şimdiye kadarki en az anlaşılan ve en az gelişmiş dalga bantlarıdır, bu nedenle "terahertz boşluğu" olarak da adlandırılır.
Ancak bu boşluk büyük bir potansiyele sahiptir. Terahertz dalgaları, güçlü penetrasyon, yüksek güvenlik, iyi yönlendirme, yüksek bant genişliği ve yüksek zamansal ve uzaysal çözünürlük gibi teknik avantajlara sahiptir. Bu nedenle terahertz teknolojisi, görüntüleme, depolama, iletişim, radar, elektronik karşı önlemler, elektromanyetik silahlar, astronomi, tıp, güvenlik testleri, tahribatsız testler vb. Birçok alana uygulanabilir.
Terahertz güvenlik denetim görüntülemesinin şematik diyagramı (İnternetten resim)
Kapalı bir kitabın sayfalarının içeriğini görüntülemek için terahertz teknolojisini kullanma (fotoğraf kaynağı: Barmak Heshmat)
Terahertz iletişim sistemi (resim kaynağı: Nejmegen Üniversitesi, Hollanda)
Bilgisayar depolama biriminin depolama durumunu değiştirmek için terahertz frekanslı elektromanyetik darbeyi kullanın (fotoğraf kaynağı: Moskova Fizik ve Teknoloji Enstitüsü)
Bununla birlikte, şu anda terahertz teknolojisinin gelişimini etkileyen ana neden, kararlı ve etkili terahertz emisyon kaynaklarının ve dedektörlerinin eksikliğidir.
Yenilikçilik
Bugün, herkes için ilk verimli ve pratik terahertz dalga üretimi ve algılama ekipmanının geliştirilmesinin önünü açacak yeni bir başarı sunmak istiyorum.
Son zamanlarda, California Üniversitesi, Riverside'daki fizikçiler, oda sıcaklığında ilk "e-sıvıyı" oluşturmak için ultra ince yarı iletken "sandviçleri" bombalamak için güçlü lazer darbeleri kullandılar. Bu araştırmanın, uzay iletişimi, kanser tespiti ve güvenlik tespiti gibi alanlarda kullanılan terahertz ekipmanlarını getirmesi bekleniyor.
Ultra ince malzemelerden oluşan cihazlarda, elektronlar ve delikler sıvı suya benzer şekilde damlacıklar halinde yoğunlaşır. (Resim kaynağı: California Üniversitesi, Riverside)
4 Şubat'ta, California Üniversitesi, Riverside'daki fizikçiler sonuçlarını Nature Photonics dergisinde çevrimiçi olarak yayınladılar. Kaliforniya Üniversitesi, Riverside Fizik Bölümü doçenti ve Kuantum Malzemeleri Optoelektronik Laboratuvarı direktörü olan Nathaniel Gabor, araştırma ekibinin lideridir. Makalenin diğer yazarları arasında laboratuvar üyeleri Trevor Arp ve Dennis Pleskot ile fizik ve astronomi doçenti Vivek Aji yer alıyor.
teknoloji
Bilim adamları deneylerinde, iki grafen katmanı arasında bir molibden tellür yarı iletken katmanıyla ultra ince bir sandviç yapı inşa ettiler. Bu katmanlı yapı, tek bir DNA molekülünün genişliğinden yalnızca biraz daha kalındır. Sonra materyali ultra yüksek hızlı lazer darbeleriyle (saniyenin katrilyonda biri cinsinden ölçülmüştür) bombardımana tuttular.
(Resim kaynağı: California Üniversitesi, Riverside)
Gabor, "Genel olarak, lazer uyarımı, silikon gibi yarı iletkenler aracılığıyla malzemenin içinden geçen elektronlar ve delikler (elektronlara zıt yüklü) oluşturur. Gaz bu şekilde tanımlanır." Araştırmacılar deneylerinde sıvılara eşdeğer yoğunlaşma belirtileri tespit ettiler. Bu sıvı, moleküllerden değil, yarı iletkendeki deliklerden ve elektronlardan oluşması dışında, sıradan sıvılara (su gibi) benzer özelliklere sahiptir.
Gabor, "Sisteme enerji enjekte ettik ama hiçbir şey görmedik ve sonra aniden malzemede" anormal foto akım döngüsü "dediğimiz şeyin oluştuğunu gördük. Bunun sıvı olduğunu fark ettik çünkü Gaz gibi davranmak yerine su damlacıkları gibi büyüyün. "
Dedi ki: "Ancak, bizi gerçekten şaşırtan şey, oda sıcaklığında üretilmesiydi. Daha önce, araştırmacılar bu elektron deliği sıvısını sadece uzay boşluğundan daha düşük bir sıcaklıkta yarattılar. Koşullar altında."
Gabor, bu damlacığın elektronik özelliklerinin, terahertz spektrumunda benzeri görülmemiş bir verimlilikle çalışan optoelektronik cihazların geliştirilmesini kolaylaştıracağını söyledi.
Elektron deliği "nano su birikintileri" üzerinde daha fazla çalıştıktan sonra, bilim adamları yüzey gerilimi gibi sıvı özelliklerini keşfedecekler.
Gabor, "Şu anda bu sıvının kaç sıvı özelliğine sahip olduğunu bilmiyoruz, bu yüzden bu sıvı özelliklerini bulmak önemlidir."
Gabor ayrıca bu teknolojiyi temel fiziksel olayları genişletmek için kullanmayı planlıyor. Örneğin, "elektron deliği" sıvısını ultra düşük bir sıcaklığa soğutmak, onu maddenin yeni temel prensiplerini açığa çıkarabilecek, kendine özgü fiziksel özelliklere sahip bir "kuantum sıvısına" dönüştürecektir.
Araştırmacılar deneylerinde iki temel teknik kullandılar. Molibden ditellurid ve grafenden oluşan bu ultra ince sandviç yapıyı inşa etmek için "elastik damgalama" adı verilen bir teknik kullandılar. Bu yöntem, atomik kalınlıkta grafen ve yarı iletken katmanları almak ve istiflemek için viskoz bir polimer kullanır.
Ek olarak, yarı iletken sandviçe enerji pompalamak ve etkiyi görüntülemek için Gabor ve Arp tarafından geliştirilen "çok parametreli dinamik ışık yanıt mikroskobu" kullandılar. Bu teknolojide, numuneyi taramak ve üretilen akımı optik olarak haritalamak için ultra yüksek hızlı bir lazer darbe ışını manipüle edilir.
Oda sıcaklığında damlacıkların ilk gözlemi için yeni bir mikroskop türü geliştirildi. (Resim kaynağı: California Üniversitesi, Riverside)
değer
Bu araştırma, maddenin temel fiziğini son derece küçük bir ölçekte keşfetmeyi mümkün kılmakla kalmıyor, aynı zamanda yapıları atom ölçeğinde tasarlanan yeni bir kuantum malzemeleri çağına girmeye yardımcı oluyor.
Gabor, terahertz vericilerinin ve alıcılarının uzaydaki yüksek hızlı iletişim sistemlerinde de kullanılabileceğini söyledi. Ek olarak, bu "elektron deliği" sıvısının kuantum bilgisayarların temeli olması bekleniyor ve bugün kullanılan silikon tabanlı devrelerden çok daha küçük olması bekleniyor.
Gabor, genel olarak laboratuvarında kullanılan teknolojinin atom boyutundaki "kuantum materyalleri" nin tasarımı için temel oluşturacağını ve elektronları çeşitli yeni performanslar üretmek için hassas bir şekilde manipüle etmeyi mümkün kıldığını söyledi.
Anahtar kelime
Lazer, terahertz, yarı iletken, grafen, kuantumReferans
[1] https://news.ucr.edu/articles/2019/02/04/uc-riverside-physicists-create-exotic-electron-liquid
[2] Trevor B. Arp, Dennis Pleskot, Vivek Aji, Nathaniel M. Gabor. Oda sıcaklığında van der Waals heteroyapılı fotoselinde elektron delikli sıvı Doğa Fotonikleri, 2019; DOI: 10.1038 / S41566-019-0349-Y