MIT φυσικοί έχουν διαπιστώσει ότι μια νιφάδα του γραφενίου, όταν έφερε κοντά με δύο υπεραγώγιμα υλικά, μπορεί να κληρονομήσει κάποια από τις ιδιότητες υπεραγώγιμων αυτών υλικών. Όπως γραφενίου είναι ανάμεσα σε υπεραγωγούς, της ... περισσότερα
Σε κανονική αγώγιμα υλικά όπως το ασήμι και ο χαλκός, ηλεκτρικό ρεύμα ρέει με ποικίλους βαθμούς αντίστασης, με τη μορφή των μεμονωμένων ηλεκτρονίων που πινγκ-πονγκ off ελαττώματα, διαχέουν την ενέργεια καθώς πηγαίνουν. Υπεραγωγοί, αντιθέτως, ονομάζονται έτσι για αξιοσημείωτη ικανότητα τους να άγουν ηλεκτρισμό χωρίς αντίσταση, μέσω των ηλεκτρονίων που ζευγαρώνουν και να κινηθεί μέσω ενός υλικού ως μία, δημιουργώντας καθόλου τριβή.
Τώρα MIT φυσικοί έχουν διαπιστώσει ότι μια νιφάδα του γραφενίου , όταν έφερε κοντά με δύο υπεραγώγιμα υλικά , μπορεί να κληρονομήσει κάποια από τις ιδιότητες υπεραγώγιμων αυτών υλικών. Όπως γραφενίου είναι ανάμεσα σε υπεραγωγούς, ηλεκτρονική κατάσταση αλλάζει δραματικά, ακόμη και στο κέντρο του.
Οι ερευνητές βρήκαν ηλεκτρόνια που γραφενίου, πρώην συμπεριφέρεται ως μεμονωμένα, σωματίδια διασκορπισμού, αντί να ζευγαρώνουν σε «Andreev δηλώνει» -ένα θεμελιώδη ηλεκτρονική διαμόρφωση που επιτρέπει σε ένα συμβατικό, nonsuperconducting υλικό να μεταφέρει ένα «υπερρεύμα,» ένα ηλεκτρικό ρεύμα που ρέει χωρίς διαχέουν την ενέργεια .
Τα ευρήματά τους, που δημοσιεύθηκε αυτή την εβδομάδα στο Nature Physics , είναι η πρώτη έρευνα του Andreev δηλώνει λόγω «φαινόμενο εγγύτητας» υπεραγωγιμότητας σε ένα δισδιάστατο υλικό, όπως το γραφένιο.
Κάτω από το δρόμο, πλατφόρμα γραφενίου των ερευνητών μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εξερευνήσετε τα εξωτικά σωματίδια, όπως Majorana φερμιόνια, τα οποία πιστεύεται ότι προέρχονται από Andreev κράτη και μπορεί να είναι το κλειδί σωματιδίων για την οικοδόμηση ισχυρών, λάθος-απόδειξη κβαντικούς υπολογιστές.
«Υπάρχει μια τεράστια προσπάθεια στην φυσική συμπυκνωμένης κοινότητα να ψάξουν για εξωτικά κβαντική ηλεκτρονική καταστάσεις », λέει ο επικεφαλής συγγραφέας Landry Bretheau, ένας μεταδιδακτορικός στο Τμήμα Φυσικής του MIT. «Ειδικότερα, τα νέα σωματίδια που ονομάζονται οι Majorana φερμιόνια αναμένεται να προκύψουν στο γραφένιο, που συνδέεται με ηλεκτρόδια υπεραγώγιμα και εκτίθενται σε μεγάλα μαγνητικά πεδία. Πείραμά μας είναι πολλά υποσχόμενη, όπως μας την ενοποίηση ορισμένα από αυτά τα συστατικά.»
MIT συν-συγγραφείς Landry είναι μεταδιδακτορικός Joel I-Jan Wang, επίσκεψη των φοιτητών Riccardo Pisoni, και αναπληρωτής καθηγητής της φυσικής Pablo Jarillo-Herrero, μαζί με Kenji Watanabe και Takashi Taniguchi του Εθνικού Ινστιτούτου Επιστήμης Υλικών, στην Ιαπωνία.
Το αποτέλεσμα υπεραγώγιμο εγγύτητας
Το 1962, ο Βρετανός φυσικός Brian Josephson David προέβλεψε ότι δύο υπεραγωγοί στριμώχνουν ένα nonsuperconducting στρώμα μεταξύ τους θα μπορούσε να στηρίξει μια υπερρεύμα ζευγών ηλεκτρονίων, χωρίς καμία εξωτερική τάση.
Ως σύνολο, ο υπερρεύμα που σχετίζεται με την επίδραση Josephson έχει μετρηθεί σε πολυάριθμα πειράματα. Αλλά Andreev αναφέρει, θεωρούνται τα μικροσκοπικά δομικά στοιχεία ενός υπερρεύμα, έχουν παρατηρηθεί μόνο σε μια χούφτα των συστημάτων, όπως τα καλώδια ασήμι, και ποτέ σε ένα δισδιάστατο υλικό.
Bretheau, Wang, και Jarillo-Herrero αντιμετωπιστεί αυτό το ζήτημα, χρησιμοποιώντας γραφενίου-μια υπέρλεπτη φύλλο αλληλοσυνδεόμενα άτομα-ως άνθρακος το υλικό nonsuperconducting. Το γραφένιο, όπως εξηγεί ο Bretheau, είναι ένα εξαιρετικά «καθαρό» σύστημα, που παρουσιάζουν πολύ μικρή σκέδαση των ηλεκτρονίων. επεκταθεί, ατομική διαμόρφωση του γραφενίου επιτρέπει επίσης στους επιστήμονες να μετρήσουν το ηλεκτρονικό Andreev γραφενίου αναφέρει το υλικό έρχεται σε επαφή με υπεραγωγούς. Οι επιστήμονες μπορεί επίσης να ελέγχει την πυκνότητα των ηλεκτρονίων σε γραφένιο και να διερευνήσει πώς αυτή επηρεάζει το αποτέλεσμα υπεραγώγιμων εγγύτητας.
Οι ερευνητές απολέπιση μια πολύ λεπτή νιφάδα του γραφενίου, μόλις μερικές εκατοντάδες νανόμετρα, από ένα μεγαλύτερο κομμάτι του γραφίτη, και τοποθέτησε το νιφάδα σε μια μικρή εξέδρα κατασκευασμένη από κρύσταλλο νιτρίδιο του βορίου επικαλύπτει ένα φύλλο γραφίτη. Σε κάθε άκρο της νιφάδας graphene, τοποθέτησαν ένα ηλεκτρόδιο κατασκευασμένο από αλουμίνιο, το οποίο συμπεριφέρεται ως υπεραγωγοί σε χαμηλές θερμοκρασίες. Στη συνέχεια τοποθετείται το σύνολο της δομής σε ψυγείο αραίωση και μείωσε τη θερμοκρασία στους 20 millikelvin φρεατίων εντός εύρους υπεραγώγιμων αλουμινίου.
«Απογοητευμένοι», δηλώνει
Στα πειράματά τους, οι ερευνητές μεταβάλλεται το μέγεθος της υπερρεύμα που ρέει μεταξύ των υπεραγωγών, εφαρμόζοντας ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο σε ολόκληρη τη δομή. Μπορούν εφαρμόζεται επίσης μια εξωτερική τάση απευθείας σε γραφενίου, να μεταβάλλεται ο αριθμός των ηλεκτρονίων στο υλικό.
Υπό αυτές τις μεταβαλλόμενες συνθήκες, η ομάδα μέτρησε την πυκνότητα του γραφενίου των ηλεκτρονικών καταστάσεων, ενώ η νιφάδα ήταν σε επαφή και με τις δύο υπεραγωγούς αλουμινίου. Χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία σήραγγας, μια κοινή τεχνική που μετρά την πυκνότητα των ηλεκτρονικών καταστάσεων σε ένα αγώγιμο δείγμα, οι ερευνητές ήταν σε θέση να εξετάσει την κεντρική περιοχή του γραφενίου για να δείτε αν οι υπεραγωγοί είχαν κανένα αποτέλεσμα, ακόμα και σε περιοχές όπου δεν έχουν φυσική επαφή με το γραφένιο .
Οι μετρήσεις έδειξαν ότι τα ηλεκτρόνια graphene, η οποία κανονικά δρουν ως μεμονωμένα σωματίδια, είχαν αντιστοίχιση, αν και σε «απογοητευμένοι» διαμορφώσεις, με ενέργειες εξαρτώνται από μαγνητικό πεδίο.
«Τα ηλεκτρόνια σε ένα χορό υπεραγωγό αρμονικά σε ζεύγη, όπως το μπαλέτο, αλλά η χορογραφία στο αριστερό και το δεξί υπεραγωγοί μπορούν να είναι διαφορετικά», λέει ο Bretheau. «Ζεύγη στην κεντρική γραφενίου είναι απογοητευμένοι, καθώς προσπαθούν να ικανοποιήσουν και τους δύο τρόπους χορού Οι απογοητευμένοι ζευγάρια είναι αυτό που ξέρετε φυσικοί όπως Andreev δηλώνει?.. Που μεταφέρουν το υπερρεύμα»
Bretheau και Wang βρέθηκαν Andreev καταστάσεις ποικίλουν ενέργειά τους σε απάντηση σε ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Andreev κράτη είναι πιο έντονη όταν γραφενίου έχει υψηλότερη πυκνότητα των ηλεκτρονίων και υπάρχει μια ισχυρότερη υπερρεύμα τρέχει μεταξύ των ηλεκτροδίων.
«[Οι υπεραγωγοί] είναι στην πραγματικότητα δίνοντας γραφενίου κάποια υπεραγώγιμο ιδιότητες», λέει ο Bretheau. «Βρήκαμε αυτά τα ηλεκτρόνια μπορεί να επηρεαστεί δραματικά από υπεραγωγούς .»
Αν και οι ερευνητές πραγματοποίησαν πειράματα τους κάτω χαμηλά μαγνητικά πεδία, λένε πλατφόρμα τους μπορεί να είναι ένα σημείο εκκίνησης για να εξερευνήσετε τα πιο εξωτικά φερμιόνια Majorana που θα εμφανιστεί κάτω από υψηλά μαγνητικά πεδία.
«Υπάρχουν προτάσεις για τον τρόπο χρήσης Majorana φερμιόνια να χτίσει ισχυρούς κβαντικούς υπολογιστές,» λέει ο Bretheau. «Αυτά τα σωματίδια θα μπορούσαν να είναι η στοιχειώδης τούβλο τοπολογική κβαντικούς υπολογιστές, με πολύ ισχυρή προστασία από σφάλματα. Η δουλειά μας είναι ένα πρώτο βήμα προς αυτή την κατεύθυνση.»
Εξερευνήστε επιπλέον: Phosphorene αποκαλύπτει υπεραγωγιμότητα τηςRead more at: https://phys.org/news/2017-05-sandwiched-superconductors-graphene-exotic-electronic.html#jCp
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου
skaleadis