Kung nagbasa ka ng anumang mga kwento tungkol sa quantum research kamakailan, sa Columbia News o saanman, maaaring narinig mo na ang termino 2D o dalawang-dimensional na materyales.
Isang paglalarawan ng atomic na istraktura ng graphene, isang anyo ng napakalakas na 2D carbon.
Noong Enero, naglathala ang mga chemist ng Columbia ng isang pag-aaral tungkol sa una 2D heavy fermion, isang klase ng materyal na may napakabigat na electron. Noong Nobyembre, naglathala ang paaralan ng Engineering ng isang kuwento sa “Laser-Pagmamaneho ng 2D na Materyal.” At mas maaga noong nakaraang taon, natagpuan ng mga mananaliksik ang parehong superconductivity at ferroelectricity sa parehong 2D na materyal. Ang listahan ay nagpapatuloy.
Kaya, ano ang mga 2D na materyales at bakit interesado ang mga siyentipiko?
Ang mga two-dimensional na materyales ay kung ano ang kanilang tunog: Mga materyal na 1 o 2 atoms lang ang kapal ngunit mas malawak sa bawat iba pang direksyon. Kadalasan ang mga 2D na materyales na pinagtatrabahuhan ng mga siyentipiko ay ilang square micrometers ang laki– hindi nakikita ng mata, ngunit nakikita sa uri ng mikroskopyo na maaaring ginamit mo sa mga klase sa science sa high school. Ang mga 2D na materyales na pinagtatrabahuhan ng mga siyentipiko ay isang halo ng mga natural na materyal, tulad ng graphene, isang anyo ng napakalakas na carbon na natuklasan sa Columbia noong 2004, at mga materyales na na-synthesize sa mga lab, tulad ng CeSil, isang kristal na unang na-assemble sa Columbia noong nakaraang taon, binubuo ng cerium, silicon, at yodo. Ang mga materyales na ito ay karaniwang nagsisimula bilang three-dimensional, at binabalatan ng mga siyentipiko ang mga ito sa dalawang dimensyon upang magpatakbo ng mga eksperimento sa mga ito at malaman kung ano ang mga pisikal na katangian, tulad ng superconductivity or pang-akit, ay maaaring lumabas kapag ang mga materyales ay atom-flat. Ang mga siyentipiko ay nagsusumikap sa pagbuo ng mga bagong paraan upang makagawa ng mga 2D na materyales mula sa simula, nang hindi kinakailangang alisin ang mga ito mula sa 3D, ngunit ang kalidad ng mga ito ay hindi pa rin perpekto.
Maraming bagay ang ginagawang kawili-wili ang mga materyal na 2D ngunit ang pangunahing isa ay ang mga ito ay nakakulong sa mga paraan kung saan ang mga particle tulad ng mga electron ay maaaring gumalaw sa loob ng mga ito. Ang Columbia Chemist na si Xavier Roy gumamit ng pagkakatulad sa trapiko upang ipaliwanag:
"Isipin mo ito: Kung mayroon tayong mga lumilipad na sasakyan na maaaring maglakbay sa tatlong-dimensional na espasyo, magagawa nating bawasan ang karamihan sa trapiko sa New York. Ngunit dahil ang aming kasalukuyang mga sasakyan ay maaari lamang maglakbay sa dalawang-dimensyon, napupunta kami sa malaking jam ng trapiko sa Times Square, "sabi ni Roy sa isang panayam kamakailan.
"Ang parehong bagay ay nangyayari para sa mga electron kapag lumipat tayo mula sa 3D hanggang 2D, ngunit sa aming kaso, ang 'trapiko' sa pagitan ng mga electron ay kapaki-pakinabang! Habang lumalakas ang mga pakikipag-ugnayan ng electron-electron na ito, ganap nating mababago ang mga katangian ng isang materyal. Halimbawa, habang ang kapal ng 3D heavy fermion na materyales ay nababawasan (ibig sabihin, habang nagiging 2D ang mga ito), maaari silang lumipat mula sa pagiging magnetic patungo sa superconducting.
Ang mga two-dimensional na materyales ay maaari ding medyo madaling i-tweak: Ang pagsasalansan ng mga ito na may bahagyang mga anggulo sa pagitan ng mga layer, paglalapat ng mga puwersa tulad ng mga electric field at magnetic field, at pag-strain sa mga materyales sa pamamagitan ng pag-twist o paglalagay ng pressure sa mga ito ay maaaring magbago ng kanilang mga katangian. Kumuha lamang ng isang halimbawa: Sa simpleng pagsasalansan ng dalawang sheet ng isang materyal na tinatawag na tungsten diselenide sa ibabaw ng bawat isa, pag-twist sa mga ito, at pagdaragdag o pag-alis ng electric charge, ang materyal ay maaaring lumipat mula sa isang electricity-conducting metal patungo sa isang electricity-blocking insulator at bumalik ulit.
Ang mga siyentipiko ay nasasabik din sa mga potensyal na paggamit ng 2D na materyales sa teknolohiya, na madalas na tinutukoy ng mga siyentipiko bilang "mga aplikasyon."
Ang mga two-dimensional na materyales ay malamang na magkakaroon ng mahalagang papel sa susunod na henerasyon ng electronics, kabilang ang mga quantum computer na wala pa ring pag-unlad. Bakit? Sa malaking bahagi, dahil ang mga 2D na materyales ay napakaliit na may natatangi, nakokontrol na mga katangian (tulad ng superconductivity), at ang teknolohiya ay palaging naghahanap ng isang bagay na makakamit ang mga resulta nang mas mabilis, mas mahusay, at gumagamit ng mas kaunting espasyo.
Source: Columbia University
