Elektronit käyttäytyvät hienojakoisemmin

29.07.2022

Rice_elektronit-MIT-vortekseja-250-t.jpgMIT:n ja Weizmann Institute of Sciencen fyysikot ovat havainnoineet ensimmäistä kertaa elektronipyörteitä.

Vaikka vesimolekyylit ovat erillisiä hiukkasia, ne virtaavat kollektiivisesti nesteinä tuottaen virtoja, aaltoja, pyörteitä ja muita klassisia nesteilmiöitä. Myös sähkövirta on erillisten elektronien rakennelma, mutta hiukkaset ovat niin pieniä, että niiden välinen kollektiivinen käyttäytyminen hukkuu suurempiin vaikutuksiin, kun elektronit kulkevat tavallisten metallien läpi.

Teoreetikot ovat ennustaneet, että tietyissä materiaaleissa ja tietyissä olosuhteissa tällaiset vaikutukset häviävät ja elektronit voivat vaikuttaa suoraan toisiinsa. Näissä tapauksissa elektronit voivat virrata kollektiivisesti nesteen tavoin.

"Tiedämme, että kun elektronit liikkuvat nestemäisellä tavalla, energian hävikki vähenee ja se on kiinnostavaa yritettäessä suunnitella pienitehoista elektroniikkaa", Leonid Levitov sanoo. "Tämä uusi havainto on uusi askel siihen suuntaan."

Tutkijoiden mukaan havainnot viittaavat uuteen hydrodynaamisen virtauksen mekanismiin ohuissa puhtaissa kiteissä. Saavutus avaa uusia mahdollisuuksia elektronifluidiikan tutkimiseen ja hyödyntämiseen käyttämiseen korkean liikkuvuuden elektronien järjestelmissä.

Myös Columbian, Singaporen kansallisen ja Yale-NUS yliopistojen tutkijat rakentavat uutta ymmärrystä epätavallisesta hydrodynaamisesta käyttäytymisestä.

Tutkijat osoittivat grafeenista valmistetulla materiaalilla, että elektronit kulkevat siinä enemmän veden tapaan kuin perinteisen satunnaisen siroamisen tavalla.

Tutkijoiden mukaan työ vahvistaa viimeaikaiset teoriat hävikin mahdollistavasta hydrodynaamisesta johtavuudesta ja luo yhteyden puolijohdefysiikan ja nousevan viskoosin elektroniikan välille.

Rice yliopiston tutkijat ovat puolestaan osoittaneet erään kvanttimekaniikan säännön; elektronien kaksi ominaisuutta - spin ja varaus - kulkevat eri nopeuksilla yksiulotteisissa johtimissa.

Aiheen teoria luotiin jo 60 vuotta sitten mutta sen mittaaminen elektroniikan materiaaleissa on osoittautunut äärimmäisen vaikeaksi.

Yksiulotteisissa johteissa elektroni ei voi käyttäytyä samalla tavalla kuin kolmiulotteisissa. "1D:ssä jokainen heräte on kollektiivista", Randy Hulet sanoo. Ne ovat jumissa jonossa. Jos siirrät yhtä, on siirrettävä koko jonoa. Kun elektronit törmäävät 1D:ssä, viritteet aaltoilevat lankaa pitkin aaltoina.

"Kun integroidut piirit pienenevät, sirujen valmistajien on alettava huolehtia mittasuhteista", Hulet sanoi. "Piireistä tulee lopulta yksiulotteinen järjestelmä, jonka täytyy johtaa ja kuljettaa elektroneja samalla tavalla kuin yksiulotteiset johteet."

Tutkimus voisi auttaa kehittämään myös topologisten kvanttitietokoneiden teknologiaa. Microsoft ja muut toivovat voivansa luoda topologisia kubitteja kvanttihiukkasista, joita kutsutaan Majorana-fermioneiksi ja joita saattaa esiintyä joissakin 1D- tai 2D-suprajohteissa.

Aiheista aiemmin:

Elektronien nestettä huonelämpötilassa

Korkean lämpötilan Majoranat

09.08.2022Lisää monipuolisia kvanttiantureita
08.08.2022Ihanteellisen puolijohdemateriaalin metsästystä
05.08.2022Polymeeriperustaista akkutekniikkaa
04.08.2022Grafeenin avulla kuvia nesteessä "uivista" atomeista
03.08.2022P-tietokoneiden potentiaali
02.08.2022Transistorista memristoriin: kytkentäteknologiaa tulevaisuutta varten
01.08.2022Pienemmän tehonkäytön neuroverkkoja
30.07.2022Suuri askel pienille moottoreille
29.07.2022Elektronit käyttäytyvät hienojakoisemmin
27.07.2022Erittäin viritettäviä komposiittimateriaaleja
24.07.2022Nelitahtikone atomeilla
21.07.2022Lasereille skaalautuvuutta ja yksinapaisia pulsseja
14.07.2022Nanokvantisointi täyttää akkuteknologian aukon
08.07.2022Tutkijat teleportoivat kvantti-informaatiota kvanttiverkossa
06.07.2022Ensimmäinen orgaaninen bipolaaritransistori
01.07.2022Puuperäistä käyttövoimaa langattomille antureille
23.06.2022Perovskiitti ei hevillä antaudu
22.06.2022Pieni robotti kävelee kuin rapu
21.06.2022Uudenlaisen muistin rakentaminen
20.06.2022Nykytekniikalla fotoniselle kvanttirajalle
17.06.2022Polarisaatiota hyödyntävä fotoninen prosessori
16.06.2022Akkuteollisuus etsii uusia materiaaleja
15.06.2022Tutkijat tehostavat atomiradion vastaanottoa
14.06.2022Maanjäristyksen tunnistusta kvanttisalausverkolla
13.06.2022Yön aikainen aurinkokennotekniikka
10.06.2022Hedelmäkärpäsen digitaalinen kaksonen
09.06.2022Älykäs kvanttianturi
08.06.2022Inverttereiden roolista tulevaisuuden sähköverkossa
07.06.2022Hengittäviä kaasuantureita
06.06.2022Aaltoja suprajohtavuuteen ja aikakiteisiin
03.06.2022Monenlaista keramiikkaa
02.06.2022Seuraavan sukupolven älykäs keinoiho
01.06.2022Piin ja neuronin fuusio
31.05.2022Viritettävät kvanttiloukut eksitoneille
30.05.2022Uusi ihme- ja kvanttimateriaali
27.05.2022Uusia löytöjä lämmönhallintaan
26.05.2022Kaksi spiniä tuottaa kvanttiväylän
25.05.2022Katalyyttinen ja absorboiva kondensaattori
24.05.2022Perovskiitti sopii memristoriin ja transistoriin
23.05.2022Polttokennoja ohentaen
21.05.2022Paremman kvanttibitin rakentaminen
20.05.2022Atominohut eriste kuljettaa spinejä
19.05.2022Vetyä ja kvanttielektroniikkaa
18.05.2022Vikasietoinen kvanttitietokonemuisti timantissa
17.05.2022Kvanttiturhautumista etsien
16.05.2022Topologiaa langattomalle tekniikalle
14.05.2022Leväkenno pyörittää Arm Cortex M0+:aa
13.05.2022Ioninen nestepohjainen säilölaskenta
12.05.2022Nanotekninen mikroskooppikuvaus älypuhelimeen
11.05.2022Magneettisia skyrmioneja laserpulsseilla
10.05.2022Viallisia nanotimantteja tulostaen
09.05.2022Monen fotonin generaattori sirulle
08.05.2022Perovskiittikennojen kääntelyä
06.05.2022Kovalenttisilla sidoksilla 2D-2D-heterorakenteita
05.05.2022Suprajohteinen diodi
04.05.2022Lisää vettä litiumioni-akkuun
03.05.2022Konenäön visioita ja vaaroja
02.05.2022Kvanttiteleportaatio: kvanttidataliikenteen pikakaista
30.04.2022UPS:in lyijyakku vaihtuu alkaliakuksi
29.04.2022Einsteinin jalanjäljissä
28.04.2022Topologisia ilmiöitä korkeilla taajuuksilla
27.04.2022Vetymolekyylistä kvanttisensori
26.04.2022Konenäköä mikroroboteille
25.04.2022Mekaanista kvanttitekniikkaa
23.04.2022Bakteerit rummuttavat
22.04.2022Molekyylirobotit parveutuvat yhteistyöhön
21.04.2022Nesteet ja kiinteät aineet samalla tulostuksella
20.04.2022Kausiluontoisen energian varastointia
19.04.2022Ensimmäiset teollisesti valmistetut kubitit
18.04.2022Jalokivessä avain tulevaisuuden kvanttitietokoneille
15.04.2022Magnetosähköinen transistori
14.04.2022Laser integroitu litiumniobaattisirulle
13.04.2022Sähkömagneettista spektriä avaten
12.04.2022Negatiivinen hilakapasitanssi transistoreihin
11.04.2022Topologista valon ohjausta ja THz-modulaatiota
08.04.2022"Kuumat" spinkvanttibitit piitransistoreissa
07.04.2022Korkean lämpötilan Majoranat
06.04.2022Huonelämpöistä suprafluorenssia
05.04.2022Uusi alusta räätälöitäville kvanttilaitteille
04.04.2022Magneettinen läheisyysvaikutus esiin
02.04.2022Supernopean "elektronisateen" lähde
01.04.2022Kvanttimemristori ja neurolaskennan laajennus
31.03.2022Ennätystehokkuus ohuille piiaurinkokennoille
30.03.2022Atomistisia perusteita akuille
29.03.2022Uusia mahdollisuuksia atomistisilla kvanttitietokoneilla
28.03.2022Äärimmäiset rajat nykyelektroniikalle
26.03.2022Jalometalleista vapaa polttokenno
25.03.2022Aaltoilevan grafeenin elektroniikkaa
24.03.2022Kvanttitason lämpötilamittaukset solujen tasolle
23.03.2022Magnetismi ja korkean lämpötilan suprajohteet
22.03.2022Taajuusviritys nanosähkömekaanisesti
21.03.2022Kangas, joka "kuulee" sydämesi äänet
19.03.2022Syövänhoitoa magneettisilla siemenillä
18.03.2022MEMS-kytkimillä LiDAR:lle ennätystarkkuus
17.03.2022Lyijy pois nopeatoimisista akuista
16.03.2022Taajuuden helppoa kertomista
15.03.2022Parempaa näkökykyä roboteille
14.03.2022Uusia MOF-katalyyttejä
12.03.2022Ultraohuita kalvoja bioelektroniikalle
11.03.2022Kohti kiinteärakenteisia akkuja

Näytä lisää »