En Saf Galyum Arsenid Örneği

Princeton araştırmacıları, uydular gibi özel sistemlerde kullanılan bir yarı iletken olan dünyanın en saf galyum arsenit örneğini yarattılar. Bu fotoğraf, elektronlara iki boyutlu bir düzlemde bakan bir deneysel düzeneğin içine kablolanmış örneği göstermektedir. Numunenin saflığı, göreceli olarak zayıf manyetik alan altında tuhaf etkiler, yerleşik bir teorik çerçeveye sahip olmayan davranış ortaya çıkardı. Kredi: Araştırmacılar

Princeton araştırmacıları, cep telefonları ve uydular gibi teknolojilere güç sağlayan cihazlarda kullanılan bir yarı iletken olan dünyanın en saf galyum arsenit örneğini yarattılar.

Ekip, malzemelerini her 10 milyar atom için bir safsızlığa kadar pişirerek, bir kilogram standardını doğrulamak için kullanılan dünyanın en saf silikon örneğini bile geride bırakan bir kalite düzeyine ulaştı. Yaklaşık bir kurşun kalem silgisinin genişliğinde bir kare olan bitmiş galyum arsenit yongası, ekibin elektronların doğasını derinlemesine araştırmasına izin verdi.

Bu çipi uzaya göndermek yerine, araştırmacılar ultra-saf numunelerini Princeton’ın mühendislik dörtgeninin bodrum katına götürdüler, burada kablolarını bağladılar, uzaydan daha soğuk bir sıcaklıkta dondurdular, güçlü bir manyetik alanla sardılar ve uyguladılar. malzemenin kristal katmanları arasına sıkıştırılmış iki boyutlu düzlemden elektronlar gönderir. Manyetik alanı düşürdüklerinde, şaşırtıcı bir dizi etki buldular.

Sonuçlar, yayınlanan Doğa Malzemeleri, günümüzün en gelişmiş fiziğine yön veren birçok fenomenin önceden düşünülenden çok daha zayıf manyetik alanlar altında gözlemlenebileceğini gösterdi. Daha düşük manyetik alanlar, bu tür iki boyutlu sistemlerde gömülü olan gizemli fizik problemlerini incelemek için daha fazla laboratuvarı güçlendirebilir. Araştırmacılara göre daha heyecan verici: Bu daha az şiddetli koşullar, yerleşik bir teorik çerçeveye sahip olmayan fiziği sunuyor ve kuantum fenomenlerinin daha fazla araştırılmasının önünü açıyor.

Elektronlar, Wigner kristali olarak bilinen bir kafes yapısına hizalandığında bir sürpriz geldi. Bilim adamları daha önce Wigner kristallerinin 14 Tesla civarında son derece yoğun manyetik alanlara ihtiyaç duyduğunu düşünüyorlardı. Çalışmanın ilk iki yazarından biri olan ve yakın zamanda doktorasını tamamlayan Kevin Villegas Rosales, “Bir kurbağayı havaya kaldıracak kadar güçlü” dedi. elektrik ve bilgisayar mühendisliğinde. Ancak bu çalışma, elektronların bir Tesla’dan daha az kristalleşebileceğini gösterdi. “Onları görmek için ultra yüksek kaliteye ihtiyacımız vardı” dedi.

Ekip ayrıca, sistemin elektrik direncinde yaklaşık yüzde 80 daha fazla “salınım” ve yoğun madde fiziği ve kuantum hesaplamasında önemli bir konu olan kesirli kuantum Hall etkisi olarak adlandırılan daha büyük bir “aktivasyon boşluğu” gözlemledi. Kesirli kuantum Hall etkisi ilk olarak Princeton’dan Arthur Legrand Doty Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Profesörü Daniel Tsui tarafından keşfedildi ve bu keşfi için fizikte Nobel Ödülü aldı.

Bu çalışma, elektrik ve bilgisayar mühendisliği profesörü Mansour Shayegan ve ECE’de kıdemli bir araştırma uzmanı olan Loren Pfeiffer arasında devam eden işbirliğinin bir parçası olarak bir araya geldi.

Shayegan, “Laboratuvarlarımız arasında harika bir ilişki var” dedi. Yaklaşık on yıl öncesine kadar, o ve o sırada Bell Laboratuarlarında çalışan Pfeiffer, daha da ilginç fizik problemlerini incelemelerine izin veren daha saf materyaller arayışında dostane bir rekabet sürdürüyorlardı. Sonra Pfeiffer Princeton’a katıldı.

Artık birbirlerini alt etmeye çalışmıyorlardı, aynı bölümdeki meslektaşlar olarak güçlerini birleştirmekte özgürdüler. Daha önce kendi başlarına cevaplamaya çalıştıkları sorulara hızla doğal bir böl ve yönet yaklaşımı geliştirdiler. O zamandan beri 10 yıldan fazla bir süre içinde, Pfeiffer’in grubu dünyanın en iyi malzeme biriktirme araçlarından birini inşa ederken, Shayegan’ın grubu bu ultra saf malzemelerin ortaya çıkardığı fiziği incelemek için önde gelen yöntemleri geliştirdi.

Referans: Yoon Jang Chung, KA Villegas Rosales, KW Baldwin, PT Madathil, KW West, M. Shayegan ve LN Pfeiffer, “Ultra-yüksek kaliteli iki boyutlu elektron sistemleri”, 25 Şubat 2021, Doğa Malzemeleri.
DOI: 10.1038/s41563-021-00942-3

Bu iki araştırmacı, araştırmalarını işbirliği içinde ele almanın yanı sıra, Villegas Rosales ve gazetenin diğer ilk yazarı Edwin Chung da dahil olmak üzere laboratuvarlarında çalışan birçok lisansüstü öğrenciye birlikte tavsiyelerde bulunuyor. Chung ayrıca doktora derecesini aldı. bu yıl ve şimdi aynı iki grupla doktora sonrası araştırmacı. Villegas Rosales o zamandan beri Quantum Machines’e katıldı. kuantum hesaplama bir mühendis olarak başlangıç ​​​​şirketi.

Nature Materials’da 25 Şubat 2021’de yayınlanan “Ultra yüksek kaliteli iki boyutlu elektron sistemleri” başlıklı makale, Ulusal Bilim Vakfı, Gordon ve Betty Moore Vakfı ve ABD Enerji Bakanlığı’nın hibeleriyle desteklendi. Ek yazarlar arasında yüksek lisans öğrencisi Pranav Madathil ve tamamı Princeton’dan kıdemli araştırmacılar Kirk W. Baldwin ve KW West bulunmaktadır.





#Dünyanın #Saf #Galyum #Arsenid #Örneği #ile #Elektronların #Doğasını #Derinlemesine #Araştırmak