[ad_1]

به گفته محققان دانشگاه میشیگان ، دانشگاه رگنسبورگ و دانشگاه ماربورگ ، یک ابزار جدید که از نور برای نقشه برداری از ساختارهای الکترونیکی بلورها استفاده می کند ، می تواند پتانسیل مواد کوانتومی در حال ظهور را کشف کند و زمینه را برای فناوری های پیشرفته انرژی و رایانه های کوانتومی هموار کند.

گزارشی از کار در علوم پایه.

این برنامه ها شامل چراغ های LED ، سلول های خورشیدی و فتوسنتز مصنوعی هستند.

ماكيلو كيرا ، استاد مهندسي برق و علوم رايانه در دانشگاه ميشيگان كه جنبه نظري مطالعه جديد را بر عهده دارد ، گفت: “مواد كوانتومي مي توانند تاثيراتي فراتر از محاسبات كوانتومي داشته باشند.” “اگر خصوصیات کوانتومی را به درستی بهینه کنید ، می توانید 100٪ کارایی جذب نور را بدست آورید.”

سلول های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون در حال حاضر به ارزان ترین نوع الکتریسیته تبدیل شده اند ، اگرچه کارایی آنها در تبدیل نور خورشید به برق بسیار پایین است ، یعنی حدود 30٪. نیمه هادی های در حال ظهور “2D” که از یک لایه کریستال تشکیل شده اند ، می توانند این کار را بسیار بهتر انجام دهند – به طور بالقوه تا 100٪ از نور خورشید استفاده می شود. آنها همچنین می توانند محاسبات کوانتومی را از ماشین آلات نشان داده شده تاکنون تقریباً با صفر مطلق به دمای اتاق افزایش دهند.

روپرت هوبر ، استاد فیزیک در دانشگاه رگنسبورگ آلمان که رهبری این آزمایش را بر عهده دارد ، گفت: “مواد جدید کوانتومی اکنون با سرعت بیشتری نسبت به گذشته کشف می شوند.” “با قرار دادن ساده چنین لایه هایی روی زاویه پیچش متغیر و با انتخاب گسترده ای از مواد ، دانشمندان اکنون می توانند مواد جامد مصنوعی با خصوصیات واقعاً بی سابقه ایجاد کنند.”

توانایی نقشه برداری از این خواص به اتم ها می تواند به بهینه سازی روند طراحی مواد با ساختارهای کوانتومی مناسب کمک کند. اما این مواد فوق نازک بسیار کوچکتر و پراکنده تر از کریستال های قبلی هستند و روش های قدیمی تجزیه و تحلیل کار نمی کنند. مواد 2 بعدی اکنون می توانند با روش جدید مبتنی بر لیزر در دما و فشار اتاق اندازه گیری شوند.

عملیات قابل اندازه گیری شامل فرآیندهایی است که برای سلولهای خورشیدی ، لیزرها و محاسبات کوانتومی کنترل شده نوری مهم هستند. در حقیقت ، الکترون ها بین یک “حالت پایه” ظاهر می شوند که در آن نمی توانند حرکت کنند و حالت ها در “باند رسانا” یک نیمه هادی است که در آن آزاد هستند و می توانند در فضا حرکت کنند. آنها این کار را با جذب و انتشار نور انجام می دهند.

روش نقشه برداری کوانتومی با استفاده از یک پالس 100 فمتوثانیه (100 کوادریل ثانیه) نور لیزر قرمز باعث بیرون آمدن الکترونها از حالت پایه و باند رسانا می شود. الکترون ها با یک پالس دوم نور مادون قرمز زده می شوند. این آنها را هل می دهد به طوری که آنها یک “دره” انرژی را در باند رسانا بالا و پایین می کنند ، کمی شبیه اسکیت بورد ها در یک لوله نیمه.

این تیم از طبیعت دوگانه امواج / ذرات الکترون برای ایجاد الگوی موج ایستاده مانند تاج استفاده می کنند. آنها دریافتند که وقتی اوج این شانه الکترون با ساختار باند ماده – ساختار کوانتومی آن – همپوشانی دارد ، الکترون ها نور شدیدی از خود ساطع می کنند. این تابش شدید نور همراه با عرض باریک خطوط شانه به ایجاد یک تصویر واضح کمک می کند به طوری که محققان آن را با وضوح فوق العاده می خوانند.

با ترکیب این اطلاعات دقیق از مکان و فرکانس نور ، تیم توانست ساختار باند دی النید تنگستن نیمه هادی 2D را ترسیم کند. نه تنها این ، بلکه آنها می توانند از طریق حرکت خم شدن جبهه موج نور در فضا ، اندازه حرکت زاویه ای مداری هر الکترون را نیز بدست آورند. دستکاری حرکت مداری الکترون که به آن اسپین شبه نیز می گویند ، روشی امیدوار کننده برای ذخیره و پردازش اطلاعات کوانتومی است.

در دیزلنید تنگستن ، حرکت زاویه ای مداری تعیین می کند که کدام یک از دو “دره” مختلف الکترون را اشغال کند. پیام هایی که الکترون ها می فرستند می تواند به محققان نشان دهد که نه تنها الکترون در کدام دره قرار دارد ، بلکه به نظر می رسد منظره آن دره چگونه است و فاصله دره ها تا چه حد است ، که عناصر اصلی مورد نیاز برای طراحی دستگاه های کوانتومی نیمه هادی جدید هستند.

به عنوان مثال ، هنگامی که تیم با استفاده از لیزر الکترون ها را از یک دره خارج می کند تا زمانی که آنها به دیگری برخورد کنند ، الکترون ها نیز در آن نقطه از بروز نور ساطع می کنند. این چراغ به عمق دره ها و ارتفاع پشته بین آنها سرنخی می دهد. با استفاده از این نوع اطلاعات ، محققان می توانند نحوه کارکرد این ماده برای اهداف مختلف را درک کنند.

این گزارش تحت عنوان “توموگرافی با وضوح فوق العاده امواج نور روی نوارهای الکترونیکی در مواد کوانتومی” است. این مطالعه توسط دفتر تحقیقات ارتش ، بنیاد تحقیقات آلمان و برنامه تحقیقاتی آسمان آبی دانشکده مهندسی UM تأمین شد.

مخاطب:
کاترین مک آلپین ،
734-763-2937 ،
kmca@umich.edu

خلاصه تحقیق:
“توموگرافی سوپر جداسازی امواج نوری روی نوارهای الکترونیکی در مواد کوانتومی” (موجود در رفع تحریم)

ماکیلو کیرا

روپرت هوبر

###

سلب مسئولیت: AAAS و EurekAlert! هیچ مسئولیتی در قبال صحت گزارشهای خبری منتشر شده در EurekAlert ندارند! از طریق موسسات کمک کننده یا استفاده از هرگونه اطلاعات از طریق سیستم EurekAlert.

[ad_2]

منبع: kolah-news.ir