Եթե դուք վերջերս կարդացել եք որևէ պատմություն քվանտային հետազոտության մասին՝ Columbia News-ում կամ այլուր, կարող եք լսել տերմինը. 2D կամ երկչափ նյութեր.
Գրաֆենի ատոմային կառուցվածքի նկարազարդում, որը գերուժեղ 2D ածխածնի ձև է:
Հունվարին Կոլումբիայի քիմիկոսները հրապարակեցին ուսումնասիրություն առաջինի մասին 2D ծանր ֆերմիոն, շատ ծանր էլեկտրոններով նյութի դաս։ Նոյեմբերին Ճարտարագիտական դպրոցը հրապարակեց մի պատմություն «2D նյութի լազերային վարում»: Իսկ անցյալ տարվա սկզբին, Հետազոտողները հայտնաբերել են և՛ գերհաղորդականություն, և՛ ֆերոէլեկտրականություն նույն 2D նյութում. Ցուցակը շարունակվում է:
Այսպիսով, ինչ են 2D նյութերը և ինչու են գիտնականներն այդքան հետաքրքրված:
Երկչափ նյութերը հենց այնպես են հնչում. Նյութեր, որոնք ունեն ընդամենը 1 կամ 2 ատոմ հաստություն, բայց բոլոր մյուս ուղղությամբ ավելի լայն: Հաճախ 2D նյութերը, որոնց հետ աշխատում են գիտնականները, ունեն մի քանի քառակուսի միկրոմետր մեծություն՝ անտեսանելի անզեն աչքով, բայց տեսանելի այնպիսի մանրադիտակով, որը դուք կարող եք օգտագործել ավագ դպրոցի բնագիտության դասերին: 2D նյութերը, որոնց հետ աշխատում են գիտնականները, բնական նյութերի խառնուրդ են, ինչպիսին է գրաֆենը՝ 2004 թվականին Կոլումբիայում հայտնաբերված գերուժեղ ածխածնի ձևը, և լաբորատորիաներում սինթեզված նյութեր, ինչպիսիք են CeSil-ը՝ բյուրեղը, որն առաջին անգամ հավաքվել է Կոլումբիայում անցյալ տարի: կազմված է ցերիումից, սիլիցիումից և յոդից։ Այս նյութերը սովորաբար սկսվում են որպես եռաչափ, և գիտնականները դրանք կտրում են երկու չափսի՝ դրանց վրա փորձեր կատարելու և պարզելու, թե ինչպիսի ֆիզիկական հատկություններ, ինչպիսիք են. գերհաղորդականություն or մագնետիզմ, կարող է առաջանալ, երբ նյութերը ատոմի հարթ են: Գիտնականներն աշխատում են զրոյից 2D նյութեր պատրաստելու նոր եղանակների մշակման վրա՝ առանց դրանք 3D-ից հեռացնելու անհրաժեշտության, սակայն դրանց որակը դեռևս անկատար է:
Շատ բաներ 2D նյութերը դարձնում են հետաքրքիր, բայց առաջնայինն այն է, որ դրանք սահմանափակում են էլեկտրոնների նման մասնիկների շարժման ուղիները դրանց ներսում: Կոլումբիայի քիմիկոս Խավիեր Ռոյ բացատրելու համար օգտագործեց երթևեկության անալոգիա:
«Մտածեք այսպես. Եթե մենք ունենայինք թռչող մեքենաներ, որոնք կարող էին ճանապարհորդել եռաչափ տարածության մեջ, մենք կկարողանայինք նվազեցնել Նյու Յորքի երթևեկության մեծ մասը: Բայց քանի որ մեր ներկայիս մեքենաները կարող են շարժվել միայն երկչափ, մենք հայտնվում ենք հսկայական խցանումների մեջ Թայմս Սքվերում», - ասել է Ռոյը վերջերս տված հարցազրույցում:
«Նույնը տեղի է ունենում էլեկտրոնների դեպքում, երբ մենք անցնում ենք 3D-ից 2D, բայց մեր դեպքում էլեկտրոնների միջև «երթևեկությունը» շահավետ է: Քանի որ այս էլեկտրոն-էլեկտրոն փոխազդեցությունները դառնում են ավելի ուժեղ, մենք կարող ենք ամբողջությամբ փոխել նյութի հատկությունները: Օրինակ, քանի որ 3D ծանր ֆերմիոնային նյութերի հաստությունը նվազում է (այսինքն, երբ դրանք դառնում են ավելի 2D), դրանք կարող են մագնիսականից անցնել գերհաղորդիչի»։
Երկչափ նյութերը կարող են նաև համեմատաբար հեշտությամբ շտկվել. շերտերի միջև թեթև անկյան տակ դնելը, էլեկտրական դաշտերի և մագնիսական դաշտերի նման ուժեր կիրառելը և նյութերը ոլորելով կամ ճնշում գործադրելով դրանց վրա ճնշում գործադրելով, կարող են փոխել դրանց հատկությունները: Վերցրեք ընդամենը մեկ օրինակ․ ուղղակի վոլֆրամ դիզելենիդ կոչվող նյութի երկու թերթերը իրար վրա դնելով, դրանք ոլորելով և էլեկտրական լիցք ավելացնելով կամ հեռացնելով՝ նյութը կարող է էլեկտրահաղորդիչ մետաղից անցնել էլեկտրաէներգիան արգելափակող մեկուսիչի և նորից հետ:
Գիտնականները նաև ոգևորված են տեխնոլոգիայի մեջ 2D նյութերի պոտենցիալ կիրառմամբ, որոնք գիտնականները հաճախ անվանում են «կիրառություններ»:
Երկչափ նյութերը, ամենայն հավանականությամբ, կենսական դեր կխաղան էլեկտրոնիկայի հաջորդ սերնդում, ներառյալ դեռևս մշակման փուլում գտնվող քվանտային համակարգիչները: Ինչո՞ւ։ Մեծ մասամբ, քանի որ 2D նյութերը չափազանց փոքր են՝ եզակի, կառավարելի հատկություններով (ինչպես գերհաղորդականությունը), և տեխնոլոգիան միշտ փնտրում է մի բան, որը կարող է ավելի արագ, արդյունավետ և ավելի քիչ տարածություն օգտագործել:
Source: Կոլումբիայի համալսարան
