최근 컬럼비아 뉴스나 다른 곳에서 양자 연구에 관한 기사를 읽은 적이 있다면 이 용어를 들어보셨을 것입니다. 2D 또는 XNUMX차원 재료.
초강력 2차원 탄소 형태인 그래핀의 원자 구조를 보여주는 그림입니다.
지난 1월 컬럼비아의 화학자들은 첫 번째 연구를 발표했습니다. 2D 무거운 페르미온, 매우 무거운 전자를 가진 물질의 종류입니다. 지난 11월 공과대학은 “2D 재료를 레이저 구동하기.” 그리고 작년 초, 연구원들은 동일한 2D 물질에서 초전도성과 강유전성을 모두 발견했습니다.. 목록은 계속됩니다.
그렇다면 2D 재료란 무엇이며 과학자들이 그토록 관심을 갖는 이유는 무엇입니까?
1차원 물질은 말 그대로 2~2개의 원자 두께이지만 다른 모든 방향으로 더 넓은 물질입니다. 종종 과학자들이 작업하는 2D 재료는 몇 제곱 마이크로미터 크기로 육안으로는 보이지 않지만 고등학교 과학 수업에서 사용했던 종류의 현미경으로 볼 수 있습니다. 과학자들이 연구하고 있는 2004D 재료는 XNUMX년 컬럼비아에서 발견된 초강력 탄소 형태인 그래핀과 같은 자연 발생 재료와 지난해 컬럼비아에서 처음 조립된 결정인 CeSil과 같은 실험실에서 합성된 재료의 혼합입니다. 세륨, 규소, 요오드로 구성되어 있다. 이러한 물질은 일반적으로 XNUMX차원에서 시작되며, 과학자들은 이를 XNUMX차원으로 벗겨내어 실험을 수행하고 다음과 같은 물리적 특성을 알아냅니다. 초전도성 or 자기, 물질이 원자 평면일 때 나타날 수 있습니다. 과학자들은 2D에서 재료를 벗겨낼 필요 없이 처음부터 3D 재료를 만드는 새로운 방법을 개발하기 위해 노력하고 있지만 품질은 여전히 불완전합니다.
2D 재료를 흥미롭게 만드는 많은 요소가 있지만 가장 중요한 것은 전자와 같은 입자가 내부에서 이동할 수 있는 방식을 제한한다는 것입니다. 컬럼비아 화학자 자비에 로이 설명하기 위해 교통 비유를 사용했습니다.:
“이렇게 생각해 보세요. 3차원 공간을 이동할 수 있는 비행 자동차가 있다면 뉴욕의 교통량을 대부분 줄일 수 있을 것입니다. 하지만 현재의 자동차는 2차원으로만 이동할 수 있기 때문에 결국 타임스퀘어에서는 엄청난 교통 정체가 발생하게 됩니다.”라고 Roy는 최근 인터뷰에서 말했습니다.
“3D에서 2D로 이동할 때 전자에서도 같은 일이 발생하지만 우리의 경우 전자 사이의 '트래픽'이 유익합니다! 이러한 전자-전자 상호 작용이 강해지면 물질의 특성을 완전히 바꿀 수 있습니다. 예를 들어, 3차원 무거운 페르미온 물질의 두께가 줄어들면(즉, 2차원이 됨에 따라) 자성에서 초전도체로 전환될 수 있습니다.”
2차원 재료도 상대적으로 쉽게 조정할 수 있습니다. 층 사이에 약간의 각도를 두고 쌓고, 전기장이나 자기장과 같은 힘을 가하고, 재료를 비틀거나 압력을 가하여 변형시키면 재료의 특성이 바뀔 수 있습니다. 한 가지 예를 들어보겠습니다. 텅스텐 이셀레나이드라는 물질 두 장을 서로 겹쳐서 비틀고 전하를 추가하거나 제거하면 이 물질은 전기 전도성 금속에서 전기 차단 절연체로 전환 가능 그리고 다시.
과학자들은 또한 과학자들이 종종 "응용 프로그램"이라고 부르는 기술 분야에서 2D 재료의 잠재적인 용도에 대해 기대하고 있습니다.
2차원 재료는 아직 개발 중인 양자 컴퓨터를 포함하여 차세대 전자 장치에서 중요한 역할을 할 가능성이 높습니다. 왜? 대체로 XNUMXD 재료는 초전도성과 같은 고유하고 제어 가능한 특성을 지닌 초소형이기 때문에 기술은 항상 더 빠르고 효율적이며 더 적은 공간을 사용하여 결과를 얻을 수 있는 것을 찾고 있습니다.
