Ikiwa umesoma hadithi zozote kuhusu utafiti wa wingi hivi majuzi, katika Habari za Columbia au kwingineko, huenda umesikia neno hili. Nyenzo za 2D au mbili-dimensional.
Mchoro wa muundo wa atomiki wa graphene, aina ya kaboni ya 2D yenye nguvu zaidi.
Mnamo Januari, wanakemia wa Columbia walichapisha utafiti kuhusu wa kwanza 2D fermion nzito, darasa la nyenzo na elektroni nzito sana. Mnamo Novemba, shule ya Uhandisi ilichapisha hadithi juu ya "Laser-Kuendesha Nyenzo ya P2.” Na mapema mwaka jana, watafiti walipata uwezo wa juu zaidi na umeme wa ferro katika nyenzo sawa za 2D. Orodha inaendelea.
Kwa hivyo, nyenzo za 2D ni nini na kwa nini wanasayansi wanavutiwa sana?
Nyenzo zenye sura mbili ni jinsi zinavyosikika: Nyenzo ambazo ni unene wa atomi 1 au 2 lakini pana katika kila upande mwingine. Mara nyingi nyenzo za 2D wanazofanyia kazi wanasayansi ni ukubwa wa maikromita chache za mraba– hazionekani kwa macho, lakini zinaonekana kwa aina ya darubini ambayo huenda umetumia katika madarasa ya sayansi ya shule ya upili. Nyenzo za 2D ambazo wanasayansi wanafanya kazi nazo ni mchanganyiko wa nyenzo zinazotokea kiasili, kama vile graphene, aina ya kaboni yenye nguvu zaidi iliyogunduliwa huko Columbia mnamo 2004, na nyenzo zilizoundwa katika maabara, kama CeSil, fuwele iliyokusanywa kwa mara ya kwanza huko Columbia mwaka jana, linajumuisha cerium, silicon, na iodini. Nyenzo hizi kwa kawaida huanza zikiwa na sura tatu, na wanasayansi huzipunguza hadi vipimo viwili ili kuzifanyia majaribio na kujua ni sifa gani za kimaumbile, kama vile. superconductivity or sumaku, inaweza kujitokeza wakati nyenzo ni atomi-gorofa. Wanasayansi wanafanyia kazi kubuni njia mpya za kutengeneza nyenzo za P2 kutoka mwanzo, bila kuhitaji kuzimenya kutoka kwa 3D, lakini ubora wa hizi bado si kamilifu.
Vitu vingi hufanya nyenzo za 2D kuvutia lakini la msingi ni kwamba hufunga njia ambazo chembe kama elektroni zinaweza kusonga ndani yao. Mkemia wa Columbia Xavier Roy alitumia mlinganisho wa trafiki kueleza:
“Fikiria hivi: Ikiwa tungekuwa na magari yanayoruka ambayo yangeweza kusafiri katika anga ya pande tatu, tungeweza kupunguza msongamano mwingi wa magari huko New York. Lakini kwa kuwa magari yetu ya sasa yanaweza tu kusafiri katika pande mbili, tunaishia na msongamano mkubwa wa magari katika Times Square,” Roy alisema katika mahojiano ya hivi majuzi.
"Jambo hilo hilo hufanyika kwa elektroni tunapohama kutoka 3D hadi 2D, lakini kwa upande wetu, 'trafiki' kati ya elektroni ni ya manufaa! Maingiliano haya ya elektroni-elektroni yanapozidi kuwa na nguvu, tunaweza kubadilisha kabisa sifa za nyenzo. Kwa mfano, unene wa nyenzo nzito za 3D za uvunaji unavyopungua (yaani kadiri zinavyozidi kuwa 2D), zinaweza kubadilika kutoka kuwa sumaku hadi upitishaji mkuu.”
Nyenzo zenye sura mbili pia zinaweza kurekebishwa kwa urahisi: Kuzipanga kwa pembe kidogo kati ya safu, kutumia nguvu kama vile sehemu za umeme na uga wa sumaku, na kuchuja nyenzo kwa kuzikunja au kuweka shinikizo kwao kunaweza kubadilisha sifa zake. Chukua mfano mmoja tu: Kwa kuweka tu karatasi mbili za nyenzo inayoitwa tungsten diselenide juu ya nyingine, kuzikunja, na kuongeza au kuondoa chaji ya umeme, nyenzo hiyo. inaweza kubadili kutoka kwa chuma cha kupitisha umeme hadi insulator ya kuzuia umeme na kurudi tena.
Wanasayansi pia wanafurahishwa na matumizi ya nyenzo za 2D katika teknolojia, ambayo wanasayansi mara nyingi hurejelea kama "programu."
Nyenzo zenye sura mbili huenda zikachukua jukumu muhimu katika kizazi kijacho cha vifaa vya elektroniki, ikijumuisha kompyuta ambazo bado hazijaendelezwa. Kwa nini? Kwa sehemu kubwa, kwa sababu nyenzo za 2D ni ndogo sana na za kipekee, zinazoweza kudhibitiwa (kama upitishaji wa juu), na teknolojia daima iko kwenye uwindaji wa kitu ambacho kinaweza kufikia matokeo kwa haraka zaidi, kwa ufanisi zaidi, na kutumia nafasi ndogo.
chanzo: Chuo Kikuu cha Columbia
