మీరు ఇటీవల కొలంబియా న్యూస్‌లో లేదా మరెక్కడైనా క్వాంటం పరిశోధన గురించి ఏవైనా కథనాలను చదివి ఉంటే, మీరు ఈ పదాన్ని విని ఉండవచ్చు 2D లేదా రెండు డైమెన్షనల్ పదార్థాలు.
అల్ట్రా-స్ట్రాంగ్ 2D కార్బన్ యొక్క ఒక రూపమైన గ్రాఫేన్ యొక్క పరమాణు నిర్మాణం యొక్క ఉదాహరణ.
జనవరిలో, కొలంబియా రసాయన శాస్త్రవేత్తలు మొదటి దాని గురించి ఒక అధ్యయనాన్ని ప్రచురించారు 2D హెవీ ఫెర్మియన్, చాలా భారీ ఎలక్ట్రాన్‌లతో కూడిన పదార్థం యొక్క తరగతి. నవంబర్‌లో, ఇంజనీరింగ్ పాఠశాల ఒక కథనాన్ని ప్రచురించింది “2D మెటీరియల్‌ని లేజర్-డ్రైవింగ్." మరియు గత సంవత్సరం ప్రారంభంలో, పరిశోధకులు ఒకే 2D పదార్థంలో సూపర్ కండక్టివిటీ మరియు ఫెర్రోఎలెక్ట్రిసిటీ రెండింటినీ కనుగొన్నారు. జాబితా కొనసాగుతుంది.
కాబట్టి, 2D పదార్థాలు అంటే ఏమిటి మరియు శాస్త్రవేత్తలు ఎందుకు అంత ఆసక్తిని కలిగి ఉన్నారు?
రెండు డైమెన్షనల్ మెటీరియల్స్ అంటే కేవలం 1 లేదా 2 పరమాణువులు మందంగా ఉంటాయి కానీ ప్రతి ఇతర దిశలో వెడల్పుగా ఉండే పదార్థాలు. తరచుగా శాస్త్రవేత్తలు పని చేస్తున్న 2D మెటీరియల్స్ కొన్ని చదరపు మైక్రోమీటర్లు పెద్దవిగా ఉంటాయి- కంటితో కనిపించవు, కానీ మీరు హైస్కూల్ సైన్స్ తరగతుల్లో ఉపయోగించిన మైక్రోస్కోప్ రకంతో కనిపిస్తుంది. శాస్త్రవేత్తలు పని చేస్తున్న 2D పదార్థాలు సహజంగా లభించే పదార్థాల మిశ్రమం, గ్రాఫేన్, 2004లో కొలంబియాలో కనుగొనబడిన అల్ట్రా-స్ట్రాంగ్ కార్బన్ మరియు లాబ్‌లలో సంశ్లేషణ చేయబడిన పదార్థాలు, గత సంవత్సరం కొలంబియాలో మొదటిసారిగా సమీకరించబడిన క్రిస్టల్, CeSil వంటివి. సిరియం, సిలికాన్ మరియు అయోడిన్‌తో కూడి ఉంటుంది. ఈ పదార్థాలు సాధారణంగా త్రిమితీయంగా ప్రారంభమవుతాయి మరియు శాస్త్రవేత్తలు వాటిపై ప్రయోగాలను అమలు చేయడానికి మరియు భౌతిక లక్షణాలను కనుగొనడానికి వాటిని రెండు కోణాలకు తగ్గించారు. సూపర్కండక్టివిటీ or అయస్కాంతశక్తి, పదార్థాలు అణువు-ఫ్లాట్‌గా ఉన్నప్పుడు ఉద్భవించవచ్చు. శాస్త్రవేత్తలు 2D పదార్థాలను 3D నుండి తొలగించాల్సిన అవసరం లేకుండా మొదటి నుండి XNUMXD పదార్థాలను తయారు చేయడానికి కొత్త మార్గాలను అభివృద్ధి చేయడానికి కృషి చేస్తున్నారు, అయితే వీటి నాణ్యత ఇప్పటికీ అసంపూర్ణంగా ఉంది.
చాలా విషయాలు 2D మెటీరియల్‌లను ఆసక్తికరంగా చేస్తాయి, అయితే వాటిలో ఎలక్ట్రాన్ల వంటి కణాలు కదలగల మార్గాలను పరిమితం చేయడం ప్రాథమికమైనది. కొలంబియా రసాయన శాస్త్రవేత్త జేవియర్ రాయ్ వివరించడానికి ట్రాఫిక్ సారూప్యతను ఉపయోగించారు:
“ఇలా ఆలోచించండి: మనకు త్రీడీ స్పేస్‌లో ప్రయాణించగలిగే ఎగిరే కార్లు ఉంటే, మేము న్యూయార్క్‌లో చాలా ట్రాఫిక్‌ను తగ్గించగలము. కానీ మా ప్రస్తుత కార్లు రెండు డైమెన్షన్లలో మాత్రమే ప్రయాణించగలవు కాబట్టి, మేము టైమ్స్ స్క్వేర్‌లో భారీ ట్రాఫిక్ జామ్‌లతో ముగుస్తాము, ”అని రాయ్ ఇటీవలి ఇంటర్వ్యూలో చెప్పారు.
“మనం 3D నుండి 2Dకి మారినప్పుడు ఎలక్ట్రాన్లకు కూడా అదే జరుగుతుంది, కానీ మన విషయంలో, ఎలక్ట్రాన్ల మధ్య 'ట్రాఫిక్' ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది! ఈ ఎలక్ట్రాన్-ఎలక్ట్రాన్ పరస్పర చర్యలు బలంగా మారడంతో, మనం పదార్థం యొక్క లక్షణాలను పూర్తిగా మార్చవచ్చు. ఉదాహరణకు, 3D హెవీ ఫెర్మియన్ పదార్థాల మందం తగ్గినందున (అంటే అవి మరింత 2Dగా మారినప్పుడు), అవి అయస్కాంతం నుండి సూపర్ కండక్టింగ్‌కు మారవచ్చు.
రెండు డైమెన్షనల్ పదార్థాలను కూడా సాపేక్షంగా సులభంగా సర్దుబాటు చేయవచ్చు: పొరల మధ్య చిన్న కోణాలతో వాటిని పేర్చడం, విద్యుత్ క్షేత్రాలు మరియు అయస్కాంత క్షేత్రాల వంటి శక్తులను వర్తింపజేయడం మరియు వాటిపై మెలితిప్పడం లేదా ఒత్తిడి చేయడం ద్వారా పదార్థాలను వడకట్టడం ద్వారా వాటి లక్షణాలను మార్చవచ్చు. కేవలం ఒక ఉదాహరణ తీసుకోండి: టంగ్‌స్టన్ డైసెలినైడ్ అనే పదార్థం యొక్క రెండు షీట్‌లను ఒకదానిపై ఒకటి పేర్చడం ద్వారా, వాటిని మెలితిప్పడం మరియు విద్యుత్ చార్జ్‌ని జోడించడం లేదా తొలగించడం ద్వారా, విద్యుత్-వాహక లోహం నుండి విద్యుత్-నిరోధించే ఇన్సులేటర్‌కు మారవచ్చు మరియు తిరిగి.
సాంకేతికతలో 2D మెటీరియల్స్ యొక్క సంభావ్య ఉపయోగాల గురించి శాస్త్రవేత్తలు కూడా ఉత్సాహంగా ఉన్నారు, శాస్త్రవేత్తలు దీనిని తరచుగా "అప్లికేషన్స్"గా సూచిస్తారు.
ఇప్పటికీ అభివృద్ధి చెందుతున్న క్వాంటం కంప్యూటర్‌లతో సహా తదుపరి తరం ఎలక్ట్రానిక్స్‌లో ద్విమితీయ పదార్థాలు కీలక పాత్ర పోషిస్తాయి. ఎందుకు? చాలా భాగం, ఎందుకంటే 2D మెటీరియల్‌లు ప్రత్యేకమైన, నియంత్రించదగిన లక్షణాలతో (సూపర్ కండక్టివిటీ వంటివి) అతి చిన్నవిగా ఉంటాయి మరియు సాంకేతికత ఎల్లప్పుడూ ఫలితాలను మరింత త్వరగా, మరింత సమర్ధవంతంగా మరియు తక్కువ స్థలాన్ని ఉపయోగించగల వాటి కోసం వెతుకుతూనే ఉంటుంది.
మూలం: కొలంబియా విశ్వవిద్యాలయం
