Supravirtoja pinotuissa 2D-materiaaleissa25.10.2020
Äskettäin julkaistiin tutkimus surpajohtavuudesta +15 asteen huonelämpötilassa mutta se saatiin aikaan niin suuressa paineessa, ettei sillä oikein ole käytännön merkitystä. Australiassa sijaitsevan kansainvälisen FLEET tutkijaorganisaation elokuussa julkaisema tutkimus avaa uuden reitin korkean lämpötilan supervirtauksiin niin lämpimissä lämpötiloissa kuin keittiön jääkaapissa Suprajohtavuus jokapäiväisissä lämpötiloissa onkin alan tutkijoiden perimmäinen tavoite. FLEETin työryhmän uusi puolijohteinen superhilarakenne voisi muodostaa perustan radikaalisti uudelle huippumatalan energian elektroniikalle, jonka energiankulutus laskutoimitusta kohden on huomattavasti pienempi kuin perinteisen piipohjaisen (CMOS) elektroniikan. Elektroneista ja aukoista koostuvat eksitonit ovat nyt avaamassa uusia polkuja kohti huonelämpötilaisia suprajohteita. Eksitonit voivat periaatteessa muodostaa kvanttisen, "suprajuoksevan" tilan, jossa ne liikkuvat yhdessä ilman resistanssia. Mutta valitettavasti, koska elektroni ja aukko ovat niin lähellä toisiaan, eksitoneilla on käytännössä erittäin lyhyt elinikä - vain muutama nanosekunti, ei tarpeeksi aikaa suprailmiön muodostamiseen. Mutta elektroni ja aukko voidaan pitää täysin erillään kahdessa, erillisessä atomiohuessa johtavassa kerroksessa. Tämä tekee eksitoneista pitkäikäisiä, ja tällaisissa järjestelmissä todellakin on viime aikoina havaittu supravirtausta. Tutkija Sara Conti, toteaa kuitenkin toisen ongelman: atomiohuet johtavat kerrokset ovat kaksiulotteisia ja 2D-järjestelmissä on David Thoulessin ja Michael Kosterlitzin (2016 Nobel-palkinto) löytämiä jäykkiä topologisia kvanttirajoituksia, jotka eliminoivat supravirran noin –170 °C:n yläpuolella. Keskeinen ero uuteen ehdotettuun järjestelmään, jossa pinotaan atominohuita siirtymämetallidikalkogenidijohteen (TMD) puolijohtavia materiaaleja, on että se on kolmiulotteinen. 2D:n topologiset rajoitukset on voitettu käyttämällä tätä ohuiden kerrosten 3D-superhilaa. Vuorottaiset kerrokset seostetaan ylimääräisillä elektroneilla (n-seostettu WS2) ja ylimääräisillä aukoilla (p-seostettu WSe2) ja nämä muodostavat 3D-eksitoneja. David Neilson, joka on työskennellyt vuosien ajan eksitoni superfluiditeetin ja 2D-järjestelmien parissa, sanoo: "Ehdotettu 3D-superhila irrottautuu 2D-järjestelmien topologisista rajoituksista, mikä sallii supravirran –3 Celsius asteessa. Koska elektronit ja aukot ovat kytkeytyneet näinkin vahvasti, suunnitelman parannusten pitäisi viedä tämä jopa huonelämpötilaan." "Hämmästyttävää on, että nykyään on tulossa rutiiniksi tuottaa pinoja näistä atomin ohuista kerroksista, rivittää ne atomisesti ja pitää ne yhdessä heikon van der Waalsin vetovoiman kanssa", kertoo professori Neilson. "Ja vaikka uusi tutkimuksemme on teoreettinen ehdotus, se on huolellisesti suunniteltu toimimaan nykyisellä tekniikalla." Aiheesta aiemmin: |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.