트위스트가 있는 스캐닝 프로브는 전자의 파동과 같은 동작을 관찰합니다.

때 스캐닝 터널링 현미경 1980년대에 데뷔한 결과 나노 기술과 양자 장치 연구가 폭발적으로 증가했습니다. 그 이후로 다른 유형의 스캐닝 탐침 현미경이 개발되었으며 함께 연구원들이 전자 수송 이론을 구체화하는 데 도움을 주었습니다. 그러나 이러한 기술은 단일 지점에서 전자를 조사하여 전자를 입자로 관찰하고 전자의 파동 특성을 간접적으로만 볼 수 있습니다. 이제 이스라엘 Weizmann Institute of Science의 연구원들은 전자의 양자 파동 특성을 직접 감지하는 새로운 스캐닝 프로브인 양자 비틀림 현미경을 구축했습니다.

"그것은 사실상 정점에 간섭계가 있는 스캐닝 프로브 팁입니다."라고 말합니다. 샤할 일라니, 팀장. 연구원들은 초박형 흑연, 육각형 질화붕소 및 그래핀과 같은 반 데르 발스 결정으로 스캐닝 프로브 팁을 오버레이하여 약 200nm에 걸쳐 평평한 상단이 있는 텐트처럼 팁 위로 편리하게 퍼집니다. 평평한 끝은 장치의 간섭계 기능의 핵심입니다. 샘플의 한 지점과 팁 사이의 전자 터널링 대신 전자파 기능은 여러 지점에서 동시에 터널링할 수 있습니다.

"놀랍게도 우리는 평평한 끝이 자연스럽게 회전하여 샘플과 항상 평행을 이룬다는 것을 발견했습니다."라고 말합니다. 존 버크벡, 이 작업을 설명하는 논문의 교신저자. 어떤 기울기가 터널링 거리를 변경하고 따라서 고원의 한쪽에서 다른 쪽까지의 강도를 변경하기 때문에 이것은 다행입니다. Birkbeck은 "측정된 전류에서 식별되는 이러한 터널링 경로의 간섭은 장치에 고유한 양자파 프로빙 기능을 제공합니다."라고 말했습니다.

이중 슬릿 실험

이 간섭은 유명한 Young의 이중 슬릿 실험과 같이 두 개의 슬릿이 있는 화면에서 전자를 발사하는 효과와 유사합니다. 에레즈 버그 설명합니다. 베르그와 함께 에이디 스턴, 얀 빙하이 과 유발 오레그 새로운 도구에 대한 이론적 이해를 이끌었습니다.

다른 스캐닝 프로브 기술의 측정에서 발생하는 것과 같이 입자가 통과하는 슬릿을 측정하면 파동 동작이 손실되고 보이는 것은 입자뿐입니다. 그러나 입자가 교차 위치를 감지하지 않고 통과하도록 두면 두 개의 사용 가능한 경로가 연못에 나란히 떨어진 두 개의 자갈에서 파급되는 파동과 같은 보강 및 파괴 간섭 패턴을 생성합니다.

"전자는 탐침과 샘플 사이의 모멘텀이 일치하는 곳에서만 터널링할 수 있기 때문에 장치는 집단 전자 행동을 설명하는 이론의 핵심인 이 매개변수를 직접 측정합니다."라고 Berg는 말합니다.

사실 사용 가능한 터널링 경로의 간섭을 사용하여 전자의 운동량을 측정하는 아이디어는 1990년대 Caltech의 Jim Eisenstein. 그러나 Weizmann 연구원은 이후 두 가지 폭발적인 발전 덕분에 몇 가지 주요 혁신으로 여러 단계를 발전시켰습니다. 이들은 그래핀의 분리 유사한 원자적으로 얇은 반 데르 발스 결정에 대한 연구 촉진; 그리고 후속 비틀림의 실험적으로 관찰된 효과 층상 반 데르 발스 재료의 방향으로.

그래핀과 같은 재료는 비틀어 겹쳐 쌓이면 무아레 격자를 형성하므로 직물의 메쉬가 약간 어긋나 눈에 재미있는 효과를 주는 직물의 이름을 따서 명명되었습니다. 이러한 모아레 2D 재료의 전자는 비틀림 각도에 의해 결정되는 주기를 갖는 이 추가 인공 모아레 격자의 전위에 영향을 받습니다. 따라서 양자 비틀림 현미경의 압전 회전자를 사용하여 반 데르 발스 결정의 두 층 사이의 상대적인 각도를 통해 비틀림으로써 이전에 사용된 자기장으로 가능했던 것보다 훨씬 더 넓은 범위의 운동량을 측정할 수 있을 뿐만 아니라 많은 것을 탐색할 수 있습니다. 다른 전자 현상도 마찬가지입니다. 깔끔한 장치는 또한 다양한 반데르발스 결정 및 기타 양자 물질을 쉽게 연구할 수 있게 해줍니다.

문제에서 해결책으로

비틀림 효과가 발견된 후 사람들은 서로 다른 비틀림 각도에서 재료를 실험하기를 원했습니다. 그러나 그들은 각각의 비틀림 각도에 대해 각각의 장치를 새롭게 생산하는 고된 과정을 거쳐야 했습니다. 단일 장치를 통해 각도를 통해 비틀기가 가능했지만 비틀림은 기본적으로 실험을 위해 게임이 종료되는 특정 각도에서 고정되는 경향이 있습니다. 양자 비틀림 현미경에서 팁의 원자적으로 얇은 물질은 팁 측면과 끝을 따라 강한 접착력을 가지므로 알짜 힘이 탐침과 샘플의 두 반 데르 발스 결정층 사이의 인력을 쉽게 능가합니다. 가장 매력적인 트위스트 각도. Weizmann 연구원들이 원래 다루기 시작했던 것은 이와 같은 제작 문제였습니다.

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꼬인 그래핀 개척자 코리 딘이 연구에 참여하지 않은 은 트위스트 레이어 시스템에 대한 가장 상세한 이해 중 일부가 그 위의 스캐닝 프로브에서 오는 방법을 설명합니다. 이렇게 하면 고유하지만 제어되지 않는 비틀림이 있는 각 영역을 식별하고 자체 장치로 처리할 수 있습니다. "Weizmann 접근 방식에서 그들은 비틀림 각도 제어와 분광 분석이 동일한 플랫폼에 통합되는 정말 창의적인 새로운 방향으로 이 단계를 밟았습니다."라고 Columbia University의 Dean은 말합니다. "장치가 악기이기도 하다는 이 아이디어는 응축 물질 시스템에서 드물고 흥미로운 조합입니다." 그는 또한 이 장치가 트위스티드 레이어 시스템에 국한되지 않는다고 강조합니다.

Ilani는 그의 팀의 발명품에 대해 "솔직히 매주 우리는 양자 비틀림 현미경으로 수행할 수 있는 새로운 유형의 측정을 발견합니다. 이것은 매우 다재다능한 도구입니다."라고 말합니다. 예를 들어, 연구자들은 반 데르 발스 층 사이의 거리를 줄이는 압력의 영향을 조사하기 위해 팁을 아래로 누를 수도 있습니다. Birkbeck은 각 압력 값에 대해 처음부터 재설정해야 하는 저온으로 급락한 오일 챔버의 피스톤을 사용한 실험을 언급하면서 "마법각 그래핀과 관련하여 압력으로 수행된 2D 재료에 대한 실험이 있습니다."라고 말했습니다. "우리는 양자 비틀림 현미경으로 비슷한 압력에 도달했지만 이제는 이를 빠르고 지속적으로 조정할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 현장. "

결과는 자연.

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• 출처: https://physicsworld.com/a/scanning-probe-with-a-twist-observes-electrons-wavelike-behaviour/