Ef þú hefur lesið einhverjar sögur um skammtarannsóknir undanfarið, í Columbia News eða annars staðar, gætirðu hafa heyrt hugtakið Tvívídd eða tvívídd efni.
Lýsing á frumeindabyggingu grafens, tegundar af ofursterku tvívíddarkolefni.
Í janúar birtu efnafræðingar í Columbia rannsókn um þann fyrsta 2D þung fermion, flokkur efnis með mjög þungar rafeindir. Í nóvember gaf Verkfræðiskólinn út frétt um „Laser-akstur 2D efni.” Og fyrr á síðasta ári, vísindamenn fundu bæði ofurleiðni og járnafmagn í sama tvívíddarefninu. Listinn heldur áfram.
Svo, hvað eru tvívíddarefni og hvers vegna eru vísindamenn svona áhugasamir?
Tvívíð efni eru nákvæmlega eins og þau hljóma: Efni sem eru aðeins 1 eða 2 atóm þykk en breiðari í hverja aðra átt. Oft eru tvívíddarefnin sem vísindamenn vinna með nokkra fermetra stóra - ósýnilegir með berum augum, en sýnilegir með smásjá sem þú gætir hafa notað í náttúrufræðitímum í menntaskóla. Tvívíddarefnin sem vísindamenn vinna með eru blanda af náttúrulegum efnum, eins og grafeni, tegund af ofursterku kolefni sem uppgötvaðist í Kólumbíu árið 2, og efnum sem eru tilbúin í rannsóknarstofum, eins og CeSil, kristal sem fyrst var settur saman í Kólumbíu á síðasta ári, samanstendur af cerium, sílikoni og joði. Þessi efni byrja venjulega sem þrívídd og vísindamenn afhýða þau niður í tvívídd til að gera tilraunir á þeim og komast að því hvaða eðliseiginleikar, eins og ofurleiðni or segulmagn, gæti komið fram þegar efnin eru atómslétt. Vísindamenn eru að vinna að því að þróa nýjar leiðir til að búa til tvívíddarefni frá grunni, án þess að þurfa að afhýða það úr þrívídd, en gæði þeirra eru enn ófullkomin.
Margt gerir tvívíddarefni áhugavert en aðalatriðið er að það takmarkar hvernig agnir eins og rafeindir geta hreyft sig í þeim. Kólumbíu efnafræðingur Xavier Roy notaði umferðarlíkingu til að útskýra:
„Hugsaðu þetta svona: Ef við ættum fljúgandi bíla sem gætu ferðast í þrívíðu rými, þá myndum við geta dregið úr mestu umferðinni í New York. En þar sem núverandi bílar okkar geta aðeins ferðast í tvívídd, endum við með mikla umferðarteppu á Times Square,“ sagði Roy í nýlegu viðtali.
„Það sama gerist fyrir rafeindir þegar við förum úr 3D í 2D, en í okkar tilviki er „umferð“ á milli rafeinda gagnleg! Eftir því sem þessi rafeinda-rafeinda samskipti verða sterkari getum við gjörbreytt eiginleikum efnis. Til dæmis, þar sem þykkt þrívíddar þungra fermíónefna er minnkað (þ.e. eftir því sem þau verða tvívíddari), geta þau breyst úr því að vera segulmagnaðir í ofurleiðandi.“
Einnig er tiltölulega auðvelt að laga tvívíð efni: Að stafla þeim með örlitlum hornum á milli laganna, beita krafti eins og rafsviðum og segulsviðum og þenja efnin með því að snúa eða beita þrýstingi á þau getur breytt eiginleikum þeirra. Tökum bara eitt dæmi: Með því einfaldlega að stafla tveimur blöðum af efni sem kallast wolfram diselenide ofan á hvort annað, snúa þeim og bæta við eða fjarlægja rafhleðslu, efnið getur skipt úr rafmagnsleiðandi málmi yfir í rafmagnsblokkandi einangrunartæki og aftur aftur.
Vísindamenn eru líka spenntir fyrir hugsanlegri notkun tvívíddar efna í tækni, sem vísindamenn vísa oft til sem „forrit“.
Tvívíð efni munu líklega gegna mikilvægu hlutverki í næstu kynslóð rafeindatækni, þar á meðal skammtatölvur sem eru enn í þróun. Hvers vegna? Að miklu leyti vegna þess að tvívíddarefni eru ofurlítil með einstaka, stýranlega eiginleika (eins og ofurleiðni) og tæknin er alltaf að leita að einhverju sem getur náð árangri hraðar, skilvirkari og notar minna pláss.
Heimild: Columbia University
