2D ቁሳቁሶች ምንድን ናቸው እና ለምን ሳይንቲስቶችን ይፈልጋሉ?

በቅርብ ጊዜ ስለ ኳንተም ምርምር ማንኛውንም ወሬ ካነበቡ በኮሎምቢያ ኒውስ ወይም በሌላ ቦታ ቃሉን ሰምተው ይሆናል 2D ወይም ባለ ሁለት ገጽታ ቁሶች.

የግራፊን የአቶሚክ መዋቅር ምሳሌ፣ እጅግ በጣም ጠንካራ የሆነ 2D ካርበን አይነት።

በጥር ወር የኮሎምቢያ ኬሚስቶች ስለ መጀመሪያው ጥናት አሳትመዋል 2D ከባድ fermion, በጣም ከባድ ኤሌክትሮኖች ያለው ቁሳቁስ ክፍል. በኖቬምበር ላይ የምህንድስና ትምህርት ቤት በ" ላይ አንድ ታሪክ አሳተመ.ሌዘር-የ2D ቁሳቁስ መንዳት” በማለት ተናግሯል። እና ባለፈው ዓመት መጀመሪያ ላይ እ.ኤ.አ. ተመራማሪዎች በተመሳሳዩ 2D ቁሳቁስ ውስጥ ሁለቱንም ሱፐርኮንዳክቲቭ እና ኤሌክትሪክ አግኝተዋል. ዝርዝሩ ይቀጥላል።

ስለዚህ, 2D ቁሳቁሶች ምንድን ናቸው እና ለምን ሳይንቲስቶች በጣም ፍላጎት አላቸው?

ባለ ሁለት ገጽታ ቁሶች ልክ የሚመስሉ ናቸው፡ ቁሶች 1 ወይም 2 አተሞች ውፍረት ብቻ ግን በሁሉም አቅጣጫ ሰፋ ያሉ። ብዙውን ጊዜ ሳይንቲስቶች እየሠሩ ያሉት የ2D ቁሶች ጥቂት ካሬ ማይክሮሜትሮች ትልቅ ናቸው - ለዓይን የማይታይ ነገር ግን በሁለተኛ ደረጃ ትምህርት ቤት የሳይንስ ክፍሎች ውስጥ ሊጠቀሙበት በሚችሉት ማይክሮስኮፕ ይታያሉ። ሳይንቲስቶች እየሰሩባቸው ያሉት 2D ቁሳቁሶች እንደ ግራፊን ፣ በ2004 በኮሎምቢያ የተገኘ እጅግ በጣም ጠንካራ የካርቦን ቅርፅ እና በቤተ ሙከራ ውስጥ የተዋሃዱ እንደ ሴሲል ፣ ባለፈው አመት በኮሎምቢያ ለመጀመሪያ ጊዜ የተሰበሰበ ክሪስታል ያሉ በተፈጥሮ የተገኙ ቁሶች ድብልቅ ናቸው። ከሴሪየም, ሲሊከን እና አዮዲን የተዋቀረ. እነዚህ ቁሳቁሶች ብዙውን ጊዜ የሚጀምሩት ባለ ሶስት አቅጣጫዊ ነው, እና ሳይንቲስቶች በእነሱ ላይ ሙከራዎችን ለማካሄድ እና ምን አይነት አካላዊ ባህሪያት ለማወቅ ወደ ሁለት ልኬቶች ይላጧቸዋል. ልዕለ-ምግባር or ማግኔቲዝምቁሳቁሶቹ አቶም-ጠፍጣፋ ሲሆኑ ሊወጣ ይችላል። ሳይንቲስቶች 2D ቁሳቁሶችን ከባዶ ለመስራት አዳዲስ መንገዶችን እየሰሩ ነው፣ ከ3D ንጥቆችን ሳያስፈልጓቸው፣ ነገር ግን የእነዚህ ጥራት አሁንም ፍጽምና የጎደለው ነው።

ብዙ ነገሮች 2D ቁሳቁሶችን አስደሳች ያደርጉታል ነገር ግን ዋናው ነገር እንደ ኤሌክትሮኖች ያሉ ቅንጣቶች በውስጣቸው የሚንቀሳቀሱባቸውን መንገዶች መገደባቸው ነው። የኮሎምቢያ ኬሚስት Xavier Roy ለማብራራት የትራፊክ ተመሳሳይነት ተጠቅሟል:

"እንዲህ አስብበት፡ ባለ ሶስት አቅጣጫዊ ቦታ የሚጓዙ በራሪ መኪኖች ቢኖሩን በኒውዮርክ ያለውን አብዛኛው ትራፊክ መቀነስ እንችል ነበር። ነገር ግን አሁን ያሉት መኪኖቻችን የሚጓዙት በሁለት አቅጣጫ ብቻ ስለሆነ፣ በታይምስ ስኩዌር ውስጥ ትልቅ የትራፊክ መጨናነቅ ያጋጥመናል” ሲል ሮይ በቅርቡ በሰጠው ቃለ ምልልስ ተናግሯል።

"ከ3D ወደ 2D ስንሸጋገር ለኤሌክትሮኖች ተመሳሳይ ነገር ይከሰታል፣ በእኛ ሁኔታ ግን በኤሌክትሮኖች መካከል ያለው 'ትራፊክ' ጠቃሚ ነው! እነዚህ የኤሌክትሮን-ኤሌክትሮኖች መስተጋብር እየጠነከረ ሲሄድ የቁሳቁስን ባህሪያት ሙሉ በሙሉ መለወጥ እንችላለን. ለምሳሌ፣ የ3-ል ከባድ ፈርሚዮን ቁሶች ውፍረት ሲቀንስ (ማለትም የበለጠ 2D ሲሆኑ) ከመግነጢሳዊነት ወደ ሱፐርኮንዳክሽን ሊሸጋገሩ ይችላሉ።

ባለ ሁለት ገጽታ ቁሶች እንዲሁ በአንፃራዊነት በቀላሉ ማስተካከል ይቻላል፡ በንብርብሮች መካከል በትንሽ ማዕዘኖች መቆለል፣ እንደ ኤሌክትሪክ እና መግነጢሳዊ መስኮች ያሉ ሃይሎችን መተግበር እና ቁሳቁሶቹን በመጠምዘዝ ወይም በመጫን ማወጠር ባህሪያቸውን ሊለውጡ ይችላሉ። አንድ ምሳሌ ብቻ እንውሰድ፡- በቀላሉ ቱንግስተን ዲሴሌናይድ የተባሉትን ሁለት አንሶላዎች እርስ በእርሳቸው ላይ በመደርደር፣ በመጠምዘዝ እና የኤሌክትሪክ ክፍያ በመጨመር ወይም በማንሳት ቁሳቁሱ ከኤሌክትሪክ ኃይል ማስተላለፊያ ብረት ወደ ኤሌክትሪክ ማገጃ ኢንሱሌተር መቀየር ይችላል። እና እንደገና ተመለስ.

ሳይንቲስቶች ብዙውን ጊዜ “መተግበሪያዎች” ብለው በሚጠሩት የ2D ቁሶች ለቴክኖሎጂ ሊጠቀሙባቸው ስለሚችሉት ጥቅም ሳይንቲስቶች በጣም ተደስተዋል።

ባለ ሁለት ገጽታ ቁሶች በሚቀጥለው የኤሌክትሮኒክስ ትውልድ ውስጥ ወሳኝ ሚና ይጫወታሉ, ገና በመልማት ላይ ያሉ ኳንተም ኮምፒተሮችን ጨምሮ. ለምን? በአብዛኛው፣ የ2D ቁሶች እጅግ በጣም ትንሽ ስለሆኑ ልዩ ቁጥጥር የሚደረግላቸው ባህሪያት (እንደ ሱፐርኮንዳክቲቭ)፣ እና ቴክኖሎጂ ሁል ጊዜ በፍጥነት፣ በብቃት እና አነስተኛ ቦታን በመጠቀም ውጤት ሊያስገኝ የሚችል ነገር ፍለጋ ላይ ነው።

ምንጭ: ኮሎምቢያ ዩኒቨርሲቲ

ትችላለህ አገናኝዎን ያቅርቡ ከዚህ ልጥፍ ርዕስ ጋር ተዛማጅነት ወዳለው ገጽ።