Kvanttirajaus parantaa lämpösähköilmiötä

29.07.2024

Santa-Barbara_UC-Kadmiumarsenidi-300-t.jpgTopologisilla eristeillä ja puolimetalleilla on osoitettu olevan kiehtovia lämpösähköisiä ominaisuuksia mutta topologisten Dirac-puolimetallien Fermi-kaaren topologisiin pintatiloihin liittyvä lämpösähköinen kuljetus on kuitenkin vähemmän tutkittu.

Bolin Liao ja Kalifornian Santa Barbaran yliopiston kollegat yhdessä Ohion osavaltion ja Hongkongin yliopistojen yhteistyökumppanien kanssa ovat yhteisvoimin tutkineet systemaattisesti lämpösähköistä kuljetusta sarjassa topologisia Dirac-puolimetalli Cd3As2 -ohutkalvoja, jotka on kasvatettu molekyylisäde- epitaksialla.

"Korkean hyötysuhteen saavuttamiseksi tarvitsemme materiaalin johtavan sähköä hyvin, johtavan huonosti lämpöä ja tuottamaan korkean jännitteen tietylle lämpötilaerolle", Liao taustoittaa.

Lämpötilagradientista aiheutuva jännite tunnetaan Seebeck-ilmiönä.

Tämä sähköisten ja lämmönsiirto-ominaisuuksien yhdistelmä on ihanteellinen, mutta Liaon mukaan "hyvin vaikea saavuttaa käytännössä".

Nyt tutkittu kadmiumarsenidi (Cd3As2) on Dirac-puolimetalli, jolla on lupaavat kuljetusominaisuudet, erityisesti alhainen lämmönjohtavuus ja korkea elektronien liikkuvuus mutta se tuottaa vain hyvin pienen Seebeck-jännitteen. Hyödyllisen jännitteen luomiseksi, Liao selittää, siihen olisi avattava kaistaero.

"Yksi topologisten eristeiden tunnusmerkki on, että bulkkimateriaalin sisällä olevien elektroneja johtavien tilojen lisäksi niillä on pintajohtavia kanavia", Liao selitti. "On elektroneja, jotka sijaitsevat vain materiaalin pinnalla ja voivat johtaa sähköä."

Näiden topologisten vaikutusten selvittämiseksi Stemmer Lab loi kolme korkealaatuista kalvoa, joiden paksuudet olivat: 950 nm, 95 nm ja 25 nm.

"Periaatteessa, kun siirryt hyvin pieniin mittoihin, kvanttimekaniikka alkaa näytellä roolia, ja voit itse asiassa avata kaistaeron vain pienentämällä kokoa. Tämä tapahtuu kvanttirajoituksena tunnetun ilmiön vuoksi selvittää Liao.

He havaitsivat myös, että mitä ohuempi materiaali, sitä suurempi lämpösähköinen herkkyys (Seebeck-kerroin), mikä tuottaa suuremman jännitteeen vasteena lämpötilagradienttiin, mikä on tässä tapauksessa seitsemän kertaa parempi kuin aiempiin tutkimuksiin verrattuna.

Erityisesti Seebeckin huippukerroin lähes 500 µV K-1 ja vastaava lämpösähköinen tehokerroin yli 30 mW K-2 m-1 havaitaan 5 K:ssa 25 nm:n paksuisessa näytteessä.

"Käytännössä tämä löytö on erittäin hyödyllinen matalalämpötilaisessa, kryogeenisessa, kiinteässä olomuodossa tapahtuvassa jäähdytyksessä", hän lisäsi, "mutta pohjimmiltaan tämä työ on tärkeämpää, koska osoitamme ensimmäistä kertaa, että kvanttirajauksen vaikutus voi parantaa joitain lämpösähköisiä ominaisuuksia ja myös ensimmäistä kertaa eristimme ilmiön pintatiloista."

Aiheesta aiemmin:

Lämpösähköisiä nopeasti

Lämmönjohtavuus ja tunnelointi

Hukkalämpö sähköksi uusin keinoin

13.11.2024Ledejä maskittomaan fotolitografian ja eloisiin näyttöihin
12.11.2024Ehdotus suprajohtavuustutkimuksen edistämiseksi
11.11.2024Fotoneille vauhtia piissä luistelutyylillä
09.11.2024Perovskiittisten aurinkokennojen uudet liitokset
09.11.2024Näin toimii koneoppiminen
08.11.2024Grafeenin ja hiilinanoputkien käyttöä laventaen
07.11.2024Nanomittakaavan transistoreita
06.11.2024Sähköautojen pikalataus kotitalouspistorasioista
05.11.2024Langaton lataus tekstiileihin ja sisäilmasta sähköä ja happea
05.11.2024Sisäistä laskentaa optisessa muistissa
04.11.2024Ennätysmäisiä anturitekniikoita
02.11.2024Kohti ympäristökestävämpiä akkuratkaisuja
01.11.2024XOR valolla ja yksittäisen transistorin neuronissa
31.10.2024Nesteen kaltaiset elektronit avaavat uusia teknisiä mahdollisuuksia
30.10.2024Uusi lämmönsiirtomateriaali voi viilentää energiasyöppöjä datakeskuksia
29.10.2024Kirigamista mallia langattomien antenneille
28.10.2024Orbitroniikka: uusi energiatehokas tekniikka
26.10.2024Maataloustuotanto sähköistyy ja siirtyy tehdashalleihin
25.10.2024Ennätyksiä rikkovia laserpulsseja
24.10.2024Magneettiset oktupolit voittavat antiferromagneettisia ongelmia
23.10.2024Valo voisi ajaa jäähdytyssykliä ferrosähköisissä materiaaleissa
22.10.2024Roboteille toimintakykyä ilman elektroniikkaa
21.10.2024Järjestyneet viat parantavat liuospinnoitettuja puolijohteita
19.10.2024Veden uuttamista avaruudessa tai autiomaassa
18.10.2024Elokuva valoherätteisistä varauksista
17.10.2024Syötäviä ja silmätransistoreita
16.10.2024Näkyvän valon viestinnän salausteknologia
15.10.2024Pehmeitä ferrosähköistä ja puolijohteisia muoveja
14.10.2024Kvanttitietotekniikan maali on jo tähtäimessä
14.10.2024Ydinreaktori sulan uraanisuolan avulla
11.10.2024Kierteistä twistroniikkaa
10.10.2024Nobelin fysiikan palkinto 2024 koneoppimisesta
09.10.2024Itsetuntevia materiaaleja tuleville laitesukupolville
08.10.2024Optista tiedonkäsittelyä kamerassa ja yhden pikselin anturissa
07.10.2024Magnoniset toistimet edistävät energiatehokasta tietojenkäsittelyä
05.10.2024Lomittuminen voisi auttaa PET-kuvausta
04.10.2024Kvantti-interferenssillä kohti topologia kvanttitietokoneita
03.10.2024Kaksiulotteista silkkiä grafeenilla
02.10.2024Tehokkaampia ja edullisempia pieniä sähkökäyttöjä
01.10.2024Aksonia jäljittelevät materiaalit tietojenkäsittelyyn
30.09.2024Sähköisesti moduloitu valoantenni
28.09.2024Molekyylisimulaatioita ja nanoselluloosakuituja
27.09.2024Lämpösähköä huonelämmöstä ja iholta
26.09.2024Akkujen itsepurkautumisesta ja uusista ratkaisuista
25.09.2024Nanorakenteet mahdollistavat valoaaltoelektroniikan
25.09.2024Grafeeni johtaa ja sulkee
23.09.2024Uusi paradigma valon ja materiaalien vuorovaikutuksessa
20.09.2024Memristorin mysteeri ratkeaa
19.09.2024Tietoliikenteen tulevaisuus on atomisen ohut
18.09.2024Uudet pienet laserit täyttävät vihreän aukon
17.09.2024Hallittua vuorovaikutusta atomin ytimessä
16.09.2024Kuumia kantajia ja 2D-eristeitä transistoreille
13.09.2024Rakenneakku ohentaa ja keventää laitteita
12.09.2024Uusi vapausaste terahertsiviestinnälle
12.09.2024Matkalla optisiin logiikkaportteihin
10.09.2024Muuntaa mikroaaltofotonien virta sähkövirraksi
09.09.2024Kohti koodia murtavaa kvanttitietokonetta
07.09.2024Miljoonien tutkimuspanos magnoniikan kehittämiseen
06.09.2024Fotonien uudet muodot optisille teknologioille
05.09.2024Kvanttimikroprosessori simuloi kvanttikemiaa
04.09.2024Kuumien kantajien lupaus plasmonisissa nanorakenteissa
03.09.2024Sähkökentät katalysoivat grafeenin energia- ja laskentanäkymiä
02.09.2024Uusi materiaali optisesti ohjatulle magneettiselle muistille
30.08.2024Kierre parantaa kiinteää elektrolyyttiä
29.08.2024Antureita atomien ja nanomittojen maailmaan
28.08.2024Tehon keruuta RF-signaaleista spin-tekniikalla
27.08.2024Elektronit ja aukot kulkevat kiteessä eri suuntiin ilman resistanssia
26.08.2024"Kaksi yhteen" fissio parantaisi aurinkokennojen tehokkuutta
25.08.2024Sähköinen reaktori vähentäisi teollisuuden päästöjä
23.08.2024DNA laskee ja tallentaa
22.08.2024Mallinnusta ja johteita molekyylielektroniikkaan
21.08.2024Suprajohdetutkijat löysivät epätavallisia elektronipareja
20.08.2024Metapinta luo ja ohjaa useita optisia kanavia eri suuntiin
19.08.2024Uusia menetelmiä turvalliseen kvanttitiedonsiirtoon
17.08.2024Pinnoitemateriaaleilla uutta puhtia aurinkoenergiaan
16.08.2024Vesi avuksi mikrosirujen ja nanorakenteiden valmistukseen
15.08.2024Liukuma transistorin perustaksi
14.08.2024Natriumakku ilman anodia
13.08.2024Harvinaisista maametalleista datamuisteja
12.08.2024Kahden kubitin portti piitransistoriin
09.08.2024Lämpösähkön keruuta pii- ja kvanttisiruilta
08.08.2024Tutkijat saavat atomit toimimaan fotonitransistoreina
07.08.2024Ainutlaatuinen ilmiö Kagome-metallissa
06.08.2024Kvanttilaskennan aikakauteen sopivat optiset kuidut
05.08.2024Hiilinanoputket yllättävät
02.08.2024Seuraava alusta aivojen inspiroimalle tietojenkäsittelylle
02.08.2024Ionit pienenergiaa tuottamaan
01.08.2024Ferromagneeteilla erittäin nopeaa viestintä- ja laskentatekniikkaa
31.07.2024Lisää kerroksia kierteisiin grafeenikerroksiin
30.07.2024Kvanttipistepohjainen metapinta
29.07.2024Kvanttirajaus parantaa lämpösähköilmiötä
26.07.2024Sirkkakatkaravut mallina konenäölle
22.07.2024Kivestä tulevaisuuden kiintoaineakun perusta?
21.07.2024Askeleen lähempänä topologista kvanttilaskentaa
19.07.2024Miksi robotit eivät voita eläimiä?
15.07.2024Voiko energiahäviö olla nolla 1,58-mitoissa?
12.07.2024Hyönteisistä inspiroidut liiketunnistin ja logiikka
08.07.2024Kvanttiannealaari parantaa ymmärrystä kvanttimonikehojärjestelmistä
05.07.2024Hyönteisten lennon salaperäinen mekaniikka
01.07.2024Eksitonit mahdollistavat erittäin ohuen linssin

Näytä lisää »