Kaksiulotteinen elektronien hila

Northeasternin fysiikan professori Arun Bansil (vas.) ja fysiikan apulaisprofessori Swastik Kar löysivät sattumalta uuden tavan elektronisen varauksen käsittelemiseen

 Sähkövarausta on tutkittu tuhansien vuosien ajan ja tulokset ovat todella muokanneet modernia sivilisaatiota.

Nyt Northeastern Universityn fyysikot ovat löytäneet uuden tavan manipuloida sähkövarausta. Ja muutokset tekniikkamme tulevaisuuteen voivat olla monumentaalisia.

"Kun tällaisia ilmiöt havaitaan, mielikuvitus on raja", sanoo fysiikan apulaisprofessori Swastik Kar. "Se voi muuttaa tapaa, jolla voimme havaita ja välittää signaaleja. Se voi muuttaa tapaa, jolla voimme aistia asioita ja tiedon tallennusta sekä mahdollisuuksia, joita emme ehkä edes tulleet ajatelleeksi."

Kyky liikuttaa, manipuloida ja varastoida elektroneja on avain valtaosaan nykyaikaisesta tekniikasta.

Nyt tutkijat kuvasivat tapaa saada elektronit tekemään jotain täysin uutta: jakautumaan tasaisesti kiinteään, kiteiseen kuvioon ilman atomeja. "Minulla on houkutus sanoa, että se on melkein kuin uusi faasi aineessa", Kar toteaa. "Koska se on puhtaasti elektroninen."

Ilmiö ilmestyi tutkijoiden suorittaessa kokeita kiteisillä 2D-materiaaleilla. Näiden erittäin ohuiden materiaalien pinoaminen päällekkäin voi luoda epätavallisia vaikutuksia, kun kerrokset ovat vuorovaikutuksessa kvanttitasolla.

Normaalisti elektronien tulisi hyljeksiä toisiaan. Mutta nyt ne muodostivat paikallaan olevan kuvion.

"Tietyissä kerrosten kiertokulmissa nämä materiaalit näyttävät muodostavan tavan jakaa elektronejaan tavalla, joka lopulta muodostaa geometrisesti jaksollisen kolmannen hilan", Kar sanoo. "Täysin toistettava joukko puhtaita elektronisia lätäköitä, joka ovat kahden kerroksen välissä."

Aluksi Kar oletti, että tulos oli virhe. Toistuvien kokeiden ja testien jälkeen, tulokset pysyivät ennallaan. 2D-materiaalien välillä oli uusi ei-atominen hilatyyppinen varautuneiden pisteiden malli. Ja tämä kuvio muuttui kahden kerroksen kiertosuuntauksen mukana.

Sitten Northeasternin professori Arun Bansil ja jatko-opiskelija Chistopher Lane tutkivat teoreettisia mahdollisuuksia ymmärtääkseen miten tämä voisi tapahtua.

"Ainoa syy, että elektronit muodostavat lätäköitä on se, että siellä on potentiaalinen aukko." Ne syntyvät kvanttimekaanisten ja fysikaalisten tekijöiden yhdistelmällä, Bansil tarkentaa.

Vaikka tämän ilmiön ymmärtäminen on vasta alkuvaiheessa, sillä on potentiaalia vaikuttaa elektroniikan, havainto- ja havaitsemisjärjestelmien sekä tietojenkäsittelyn tulevaisuuteen.

"Jännittävintä tässä vaiheessa on se, että pystymme potentiaalisesti osoittamaan jotain, mitä ihmiset eivät ole koskaan ajatelleet voivan olla olemassa huoneenlämpötilassa aiemmin", Kar sanoo. "Ja nyt taivas on raja siinä suhteessa, kuinka voimme valjastaa sen."

Aiheesta aiemmin: Moiré-kuviot tuottavat superhiloja