Yeni malzeme bilinen katmanlı manyetik malzemeler arasında en yüksek elektron hareketliliğine sahiptir

Yeni malzeme bilinen katmanlı manyetik malzemeler arasında en yüksek elektron hareketliliğine sahiptir
Yazıyı beğendiyseniz lütfen Paylaşın


Yeni malzeme bilinen katmanlı manyetik malzemeler arasında en yüksek elektron hareketliliğine sahiptir

Princeton’da üretilen bir malzeme, bilinen katmanlı manyetik malzemeler arasında en yüksek elektron hareketliliğine sahiptir. Malzemenin içindeki elektronlar, gadolinyum tritellurid, minimum saçılma ile yüksek hızlarda seyahat edebilir ve ondan inşa edilen herhangi bir elektronik cihazın ısı dağılımını azaltabilir. Kredi bilgileri: Shiming Lei.

Yani tüm unsurlar başlamak için orada; bu sadece neler yapabildiklerini – tek başına ya da birlikte çözme meselesi. Leslie Schoop’un laboratuvarı için, bu tür yeni bir araştırma, daha önce bir malzemede var olmadığı bilinen üç özellikli katmanlı bir bileşiği ortaya çıkardı.

Uluslararası disiplinler arası bir ekiple kimya profesörü yardımcısı Schoop ve Doktora Sonrası Araştırma Görevlisi Shiming Lei, geçtiğimiz hafta Bilim İlerlemeleri van der Waals malzeme gadolinyum tritelluridin (GdTe3) bilinen tüm katmanlı manyetik malzemeler arasında en yüksek elektronik hareketliliği sergilediğini bildiriyor. Buna ek olarak, manyetik düzen vardır ve kolayca pul pul dökülebilir.

Bu özellikler bir araya geldiğinde, manyetik twistronic cihazları ve spintronics gibi yeni alanlar ve veri depolama ve cihaz tasarımındaki ilerlemeler için umut verici bir adaydır.

Schoop ekibi, başlangıçta bu benzersiz özellikleri, projenin başlamasından kısa bir süre sonra 2018’in başlarında ortaya çıkardı. İlk başarıları, GdTe3’ün 10nm’nin altındaki ultra ince pullara kolayca dökülebilir olduğunu göstermekti. Daha sonra ekip, iki yıl boyunca malzeme kristallerinin saflığını yalnızca sonuçları yükseltmeye hizmet eden bir duruma getirerek geçirdi. Laboratuvar, bileşiğin daha önce sadece siyah fosfor ve grafit tarafından işgal edilen bir kategoriye nasıl uyduğunu araştırmak isteyen araştırmacılara çok sayıda örnek gönderdi. Katmanlı malzemelerde yüksek hareketlilik nadirdir.

Çalışmada ayrıntılı olarak ölçülebilen kuantum salınımları veya “kıpır kıpır” olarak tanımlanan özellikler o kadar belirgindir ki, bunlar genellikle ulusal laboratuvarlarda bulunan özel problar ve ekipman olmadan gözlemlenmiştir.

“Genellikle, bu salınımları görürseniz, kısmen numunenizin kalitesine bağlıdır. Gerçekten oturduk ve mümkün olan en iyi kristalleri yaptık. İki yıl boyunca kaliteyi geliştirdik, böylece bu salınımlar gittikçe daha dramatik hale geldi , “dedi Schoop. Schoop, “Ama ilk örnekler onları gösterdi, ilk kristallerimizle ne yaptığımızı tam olarak bilmiyor olsak da,” dedi.

Schoop, “Bizim için çok heyecan vericiydi. Bu malzemede yüksek düzeyde hareketli elektronların sonuçlarını beklemediğimizi gördük. Elbette iyi sonuçlar almayı umuyorduk. Ama bunun dramatik olmasını beklemiyordum.” .

Lei, büyük ölçüde yüksek hareketlilik nedeniyle haberi “atılım” olarak nitelendirdi. “Bu malzemeyi 2-D van der Waals malzemelerin hayvanat bahçesine eklemek, yemek pişirmek için yeni keşfedilen bir bileşen eklemek gibidir, bu da yeni lezzetler ve yemekler sağlar.” Dedi.

“Öyleyse, önce bu malzemeleri çıkartabilirsiniz. Bir sonraki şey potansiyeli tanımlamaktır: ondan yapabileceğiniz cihazın işlevi nedir? Bu hat boyunca yeni nesil malzemeler olarak daha da geliştirebileceğimiz performans nedir?”

Nadir toprak tritellurid olan GdTe3, 60.000 cm2V-1s-1’in ötesinde bir taşıyıcı hareketliliğe sahiptir. Bu, malzemeye cm başına bir voltluk bir alan uygulandığında, elektronların saniyede 60.000 cm net hızda hareket ettiği anlamına gelir. Karşılaştırmak için, diğer manyetik malzemelerdeki hareketlilik genellikle sadece birkaç yüz cm2V-1s-1 olarak bulunur.

Lei, “Yüksek hareketlilik önemlidir çünkü bu, malzemelerin içindeki elektronların minimum saçılma ile yüksek hızlarda seyahat edebileceği ve böylece ondan inşa edilen herhangi bir elektronik cihazın ısı dağılımını azaltabileceği anlamına gelir.” Dedi.

Katmanların zayıf bir kuvvetle bağlandığı Van der Waals malzemeleri, 2 boyutlu malzemelerin ana bileşikleridir. Araştırmacılar, bunları sadece birkaç yıl önce bilim topluluğunda tanımlanan yeni nesil cihaz üretimi ve twistronikte kullanım için inceliyorlar. Twistronics ile, 2-D malzeme katmanları birbirinin üzerine serildikçe yanlış hizalanmış veya bükülmüştür. Kristal kafesin akıllıca yanlış hizalanması elektriksel, optik ve mekanik özellikleri uygulamalar için yeni fırsatlar yaratabilecek şekilde değiştirebilir.

Buna ek olarak, yaklaşık 15 yıl önce van der Waals malzemelerinin en yaygın tabakaya, bant gibi yaygın bir şey kullanılarak pul pul dökülebileceği keşfedildi. Bu vahiy fizikteki birçok yeni gelişmeyi heyecanlandırdı. Son olarak, 2-D malzemelerin, son zamanlarda, elektronların spinlerinin birbirine hizalandığı manyetik düzen sergilediği ortaya çıktı. Örneğin “sabit” tüm “ince” aygıtlar, farklı verimlilikler üreten farklı şekillerde manyetik olarak sipariş edilen malzemelere dayanır.

Schoop, “Elektronların bir otoyoldaki gibi ateş ettiği bu malzemeyi bulduk – mükemmel, çok kolay, hızlı,” dedi. “Bu manyetik düzene ek olarak ve iki boyuta geçme potansiyeline sahip olmak, bu malzeme için benzersiz yeni bir şeydir.”

Çalışmanın sonuçları, Schoop’un iki yıl önce kurulan genç laboratuvarı için güçlü bir gösteri. Princeton Karmaşık Malzemeler Merkezi, NSF tarafından finanse edilen bir Malzeme Araştırma Bilim ve Mühendislik Merkezi ve Princeton Fizik Bölümü’nün öğretim üyeleri olan Nai Phuan Ong, Sanfeng Wu ve Ali Yazdani ile işbirliğinin ürünüdür.

GdTe3’ün elektronik ve manyetik özelliklerini tam olarak anlamak için, ekip ayrıca pul pul dökülme testleri için Boston Koleji ve senkroton radyasyonu kullanarak malzemenin elektronik yapısını anlamak için Argonne Ulusal Laboratuvarı ve Max Planck Katı Hal Araştırma Enstitüsü ile işbirliği yaptı.

Daha geniş bir perspektiften bakıldığında, Schoop’u çalışmadan en çok memnun eden şey, ekibin GdTe3 ile soruşturmaya ilk başta başlamasına neden olan “kimyasal sezgi” idi. Umut verici sonuçlar olacağından şüphelendiler. Ancak GdTe3’ün onları bu kadar hızlı ve kesin bir şekilde vermesi bir işarettir, Schoop, kimyanın katı hal fiziği alanında önemli katkılara sahip olduğunu belirtti.

Schoop, “Kimya bölümünde bir grubuz ve bu materyalin kimyasal prensiplere dayanan son derece hareketli elektronlar için ilgi çekmesi gerektiğini anladık.” Dedi. “Atomların bu kristallerde nasıl düzenlendiğini ve fiziksel yöntemlere dayanarak değil, birbirlerine Hamiltonların dayalı elektronların enerjisini anladıklarını düşünüyoruz.

“Ama kimyagerler gibi resim çizmeyle, orbitallerle ve bunun gibi şeylerle ilgili olarak çok daha farklı bir yaklaşım izledik” dedi. Diyerek şöyle devam etti: “Ve bu yaklaşımda başarılı olduk. Heyecan verici materyalleri düşünmede sadece benzersiz ve farklı bir yaklaşım.”


İzolatör ve iletken arasında manyetik grafen anahtarları


Kaynak

admin

Talebemektebi bir sevdanın hikayesi

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir