เมื่อสสารเข้าสู่ควอนตัม อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ช้าลงและก่อตัวเป็นผลึก

23 ก.พ. 2023 (ข่าวนาโนเวิร์ค) รูปแบบที่ขยับเป็นประกายที่คุณเห็นได้เมื่อคุณวางฉากกั้นหน้าต่างสองบานที่ไม่ตรงแนวเล็กน้อยซ้อนกันเรียกว่า moiré ผลการรบกวนที่คล้ายกันเกิดขึ้นเมื่อนักวิทยาศาสตร์เรียงผลึกสองมิติที่มีระยะห่างระหว่างอะตอมไม่ตรงกัน Moiré superlattices แสดงคุณสมบัติทางกายภาพที่แปลกใหม่ซึ่งไม่มีอยู่ในเลเยอร์ที่ประกอบกันเป็นลวดลาย คุณสมบัติเหล่านี้มีรากฐานมาจากธรรมชาติควอนตัมของอิเล็กตรอน นักวิจัยได้ค้นพบคุณสมบัติใหม่ในชั้นเคลือบสุดมัวเรที่เกิดขึ้นในผลึกที่ทำจากทังสเตนไดเซเลไนด์/ทังสเตนไดซัลไฟด์ (WSe2/วส2). ในผลึกสองมิตินี้ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอนจะรุนแรงมากจนอิเล็กตรอน "หยุด" และสร้างอาร์เรย์ที่สั่งไว้ (ธรรมชาติ, “ Mott และสถานะคริสตัล Wigner ทั่วไปใน WSe2/วส2 มัวร์ ซูเปอร์แลตติซ”). แผนผังของ superlattice moiré ที่เกิดขึ้นระหว่างทังสเตน diselenide และทังสเตนไดซัลไฟด์ เติมด้วยตัวพาประจุหนึ่งตัวต่อ moiré unit cell (ภาพ: Lawrence Berkeley National Laboratory) WSe2/วส2 moiré superlattices กลายเป็นสนามเด็กเล่นที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการปรับปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอน ยิ่งปฏิสัมพันธ์เหล่านี้แข็งแกร่งมากเท่าใด ลักษณะทางกลเชิงควอนตัมของวัสดุแข็งก็จะยิ่งโดดเด่นมากขึ้นเท่านั้น สิ่งนี้ทำให้สถานะที่แปลกใหม่ของสสาร เช่น ตัวนำยิ่งยวดที่ไม่ธรรมดาก่อตัวขึ้น นักวิจัยใช้เลเซอร์เพื่อ "สังเกต" การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนโดยไม่มีสิ่งประดิษฐ์ที่รบกวนเทคนิคการวัดอื่นๆ พวกเขาได้ค้นพบสถานะควอนตัมของสสารที่หายาก ซึ่งไม่เคยพบมาก่อนในซูเปอร์แลตทิกของมัวร์ การทำความเข้าใจและควบคุมการเคลื่อนที่แบบควอนตัมของอิเล็กตรอนจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ในอนาคตและ qubits ที่มีประสิทธิภาพสำหรับการคำนวณด้วยควอนตัม ในของแข็ง ระดับพลังงานที่อิเล็กตรอนครอบครองสร้างแถบพลังงาน Moiré superlattices เปลี่ยนช่วงเวลาของอะตอมที่อิเล็กตรอนมองเห็นและแถบพลังงาน เอฟเฟ็กต์มัวร์สามารถนำไปสู่แถบ "แบน" ซึ่งระดับพลังงานถูกบีบเข้าหากัน ทำให้อิเล็กตรอนลดพลังงานจลน์ของพวกมันลง และด้วยเหตุนี้จึงรู้สึกถึงแรงผลักซึ่งกันและกันที่รุนแรงขึ้น ทีมนักวิจัยจาก Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) ใช้เทคนิคทางแสงแบบใหม่เพื่อสังเกตการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ในขณะที่เปลี่ยนจำนวนอิเล็กตรอนที่ฉีดเข้าไปในตัวอย่าง เมื่อมีการฉีดพาหะเพียงหนึ่งตัวต่อเซลล์ moiré หนึ่งหน่วย อิเล็กตรอนจะถูกคาดหมายว่าจะเคลื่อนที่อย่างอิสระและด้วยเหตุนี้จึงนำไฟฟ้าได้ ตัวอย่างกลายเป็นฉนวนแทน ผลลัพธ์นี้แสดงให้เห็นถึงสถานะฉนวน Mott ซึ่งอิเล็กตรอนมีปฏิสัมพันธ์อย่างรุนแรงจนไม่สามารถอยู่ในเซลล์เดียวกันได้ ถ้าทุกเซลล์ถูกครอบครอง อิเล็กตรอนจะหยุดเคลื่อนที่ ความประหลาดใจที่แท้จริงเกิดขึ้นเมื่อมีการฉีดอิเล็กตรอนน้อยลงเพื่อให้มีเพียงครึ่งหรือหนึ่งในสามของเซลล์เท่านั้น ที่ความหนาแน่นต่ำเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์คาดว่าอิเล็กตรอนจะรู้สึกว่ามีอยู่น้อยลงและมีความคล่องตัวสูง อย่างไรก็ตาม ตัวอย่างกลายเป็นฉนวน ใน WSe2/วส2, อิเล็กตรอนมีปฏิสัมพันธ์อย่างรุนแรงจนพวกมันหลีกเลี่ยงการนั่งบนไซต์ข้างเคียง ปรากฏการณ์ที่หายากนี้เรียกว่าผลึกอิเล็กตรอนของวิกเนอร์ นักวิจัย LBNL ยังได้แสดงให้เห็นว่าใน WSe2/วส2แสงที่มีโพลาไรเซชันที่เหมาะสมจะทำปฏิกิริยากับอิเล็กตรอนแบบสปินขึ้นและสปินดาวน์แยกกัน ทำให้สามารถเลือกเปลี่ยนพลังงานของอิเล็กตรอนตามการหมุนของพวกมันได้ ในการทำเช่นนั้น พวกเขาสังเกตว่าการกระตุ้นของสปินยังคงอยู่ในลำดับความสำคัญนานกว่าการกระตุ้นด้วยประจุ นี่เป็นการเปิดประตูสำหรับการตรวจสอบสถานะการหมุนที่แปลกใหม่ในอนาคต เช่น สภาพคล่องของควอนตัมสปิน

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62444.php