Pööramisega skaneeriv sond jälgib elektronide lainelist käitumist

Kui skaneeriv tunnelmikroskoop tegi oma debüüdi 1980. aastatel, mille tulemuseks oli plahvatuslik plahvatuslik plahvatuslik nanotehnoloogia ja kvantseadmete uurimistöö. Sellest ajast alates on välja töötatud teist tüüpi skaneeriva sondi mikroskoope ja koos on need aidanud teadlastel täpsustada elektronide transpordi teooriaid. Kuid need tehnikad uurivad elektrone ühes punktis, vaadeldes neid osakestena ja nähes nende laineloomust ainult kaudselt. Nüüd on Iisraeli Weizmanni teadusinstituudi teadlased ehitanud uue skaneeriva sondi – kvantkeerdmikroskoobi –, mis tuvastab otse elektronide kvantlainete omadused.

"See on tõhusalt skaneeriva sondi ots, mille tipus on interferomeeter," ütleb Šahal Ilani, meeskonna juht. Teadlased katavad skaneeriva sondi otsa üliõhukese grafiidi, kuusnurkse boornitriidi ja van der Waalsi kristalliga, näiteks grafeeniga, mis libisevad mugavalt üle otsa nagu telk, mille lame ülaosa läbimõõt on umbes 200 nm. Lame ots on seadme interferomeetri funktsiooni võtmeks. Selle asemel, et elektronide tunneldamine proovi ühe punkti ja tipu vahel, võib elektronlaine funktsioon tunneldada korraga mitmes punktis.

"Üsna üllatavalt avastasime, et lame ots pöördub loomulikult nii, et see on alati prooviga paralleelne, " ütleb John Birkbeck, seda tööd kirjeldava artikli vastav autor. See on õnnelik, sest igasugune kalle muudaks tunneli kaugust ja seega ka tugevust ühelt platoo servalt teisele. "Just nende tunneliteede häired, mis on tuvastatud mõõdetud voolus, annavad seadmele ainulaadse kvantlainete sondeerimisfunktsiooni, " ütleb Birkbeck.

Topeltpiluga katse

See interferents on analoogne elektronide tulistamise mõjuga ekraanile, millel on kaks pilu, nagu kuulus Youngi kahe pilu katse, nagu Erez Berg selgitab. Berg, koos Ady Stern, Binghai Yan ja Yuval Oreg juhtis uue instrumendi teoreetilist arusaamist.

Kui mõõdate, millist pilu osake läbib – nagu see juhtub teiste skaneerivate sonditehnikate mõõtmistega –, kaob laine käitumine ja näete ainult osakest. Kui aga jätate osakese mööda minema ja selle ristumisasendit ei tuvastata, tekitavad kaks saadaolevat teed konstruktiivse ja hävitava interferentsi mustri, nagu lained, mis loksuvad välja kahest tiiki kõrvuti kukkunud kivikesest.

"Kuna elektron saab tunneldada ainult seal, kus selle impulss kattub sondi ja proovi vahel, mõõdab seade otseselt seda parameetrit, mis on elektronide kollektiivset käitumist selgitavate teooriate jaoks võtmetähtsusega, " ütleb Berg.

Tegelikult pärineb idee elektroni impulsi mõõtmisest, kasutades selle olemasolevate tunneliteede interferentsi. Jim Eisenstein Caltechis 1990. aastatel. Weizmanni teadlased viivad aga tänu kahele plahvatuslikule edasiarendusele mõnede võtmeinnovatsioonidega mitu käiku üles. Need on grafeeni isoleerimine ajendades uurima sarnaseid aatomõhukesi van der Waalsi kristalle; ja järgnev pöörde eksperimentaalselt täheldatud mõjud kihiliste van der Waalsi materjalide orientatsioonis.

Keerduva kihina moodustavad materjalid, nagu grafeen, muareevõre, mis on saanud nime tekstiilide järgi, kus kanga võrk on veidi registrist väljas ja mõjub teie silmadele naljakalt. Nendes muaree 2D materjalides olevad elektronid on allutatud selle täiendava kunstliku muareevõre potentsiaalile, mille periood on määratud pöördenurgaga. Seega võimaldab van der Waalsi kristalli kahe kihi suhteliste nurkade keeramine kvantkeerdmikroskoobi piesoelektrilise rotaatori abil mõõta palju laiemat impulsivahemikku, kui oli võimalik varem kasutatud magnetväljadega, ning samuti uurida paljusid. ka muud elektroonikanähtused. Mugav seade muudab ka erinevate van der Waalsi kristallide ja muude kvantmaterjalide uurimise lihtsaks.

Probleemist lahenduseni

Pärast keerdefektide avastamist olid inimesed innukad katsetama erinevate pöördenurkade all olevaid materjale. Siiski pidid nad läbima vaevarikka protsessi, et iga seade iga pöördenurga jaoks uuesti toota. Kuigi läbi nurkade keeramine oli üksainus seade, kipub keerd teatud nurkade juures lukustuma, kus see on katse jaoks põhimõtteliselt mäng läbi. Kvantkeerdmikroskoobis on otsa aatomõhukesel materjalil tugev adhesioon nii piki otsa külgi kui ka otsa, nii et netojõud kaaluvad kergesti üles kahe sondi ja proovi van der Waali kristallkihi vahelise tõmbejõu isegi nende puhul. kõige atraktiivsemad pöördenurgad. Just selliste väljamõeldud väljakutsetega olid Weizmanni teadlased algselt otsustanud tegeleda.

Kõrge temperatuuriga ülijuhina käituva maagilise nurga grafeeni avastamine on Füüsika maailm 2018. aasta läbimurre

Keerutatud grafeeni pioneer Cory Dean, kes selle uuringuga ei osalenud, kirjeldab, kuidas keerutatud kihtsüsteemidest saab kõige üksikasjalikum arusaam sondide skaneerimisest nende kohal. Nii saab iga ainulaadse, kuigi kontrollimatu keerdusega piirkonda tuvastada ja käsitleda kui omaette seadet. "Weizmanni lähenemisviisis on nad astunud selle sammu tõeliselt loomingulises uues suunas, kus pöördenurga juhtimine ja spektroskoopiline analüüs on integreeritud samale platvormile, " ütleb Dean, kes töötab Columbia ülikoolis. "See idee, et seade on ka instrument, on kondenseerunud ainesüsteemides haruldane ja põnev kombinatsioon." Samuti rõhutab ta, et seade ei piirdu ainult keerdkihtsüsteemidega.

Ilani ütleb oma meeskonna leiutise kohta: "Ausalt öeldes avastame igal nädalal uut tüüpi mõõtmisi, mida saate teha kvantkeerdmikroskoobiga – see on väga mitmekülgne tööriist." Näiteks saavad teadlased otsa ka alla vajutada, et uurida surve mõju, mis vähendab van der Waalsi kihtide vahelist kaugust. "Kahemõõtmeliste materjalidega tehakse katseid rõhuga, ka maagilise nurga grafeeni kontekstis," ütleb Birkbeck, viidates katsetele kolbidega õlikambrites, mis on viidud madalale temperatuurile ja mis tuleb iga rõhu väärtuse jaoks nullist lähtestada. "Oleme saavutanud võrreldava rõhu kvantkeerdmikroskoobiga, kuid nüüd saame seda kiiresti ja pidevalt häälestada kohapealne. "

Tulemustest teatatakse aastal loodus.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/scanning-probe-with-a-twist-observes-electrons-wavelike-behaviour/