Bir bükülme ile tarama probu, elektronun dalga benzeri davranışını gözlemler

Zaman taramalı tünelleme mikroskobu İlk çıkışını 1980'lerde yaptı, sonuç nanoteknoloji ve kuantum cihaz araştırmalarında bir patlama oldu. O zamandan beri, diğer tür taramalı prob mikroskopları geliştirildi ve bunlar birlikte araştırmacıların elektron taşınımı teorilerini detaylandırmasına yardımcı oldu. Ancak bu teknikler elektronları tek bir noktada inceler, böylece onları parçacıklar olarak gözlemler ve yalnızca dalga doğasını dolaylı olarak görür. Şimdi, İsrail'deki Weizmann Bilim Enstitüsü'ndeki araştırmacılar, elektronların kuantum dalga özelliklerini doğrudan saptayan yeni bir tarama probu - kuantum büküm mikroskobu - inşa ettiler.

"Apeksinde bir interferometre bulunan etkili bir tarama probu ucu," diyor Şahal Ilani, ekip lideri. Araştırmacılar, ultra ince grafit, altıgen boron nitrür ve grafen gibi bir van der Waals kristali ile bir tarama sondası ucunu kaplıyor; Düz uç, cihazın interferometre işlevinin anahtarıdır. Numunedeki bir nokta ile uç arasında bir elektron tüneli oluşturmak yerine, elektron dalgası işlevi aynı anda birden fazla noktada tünel açabilir.

"Oldukça şaşırtıcı bir şekilde, düz ucun numuneyle her zaman paralel olacak şekilde doğal olarak döndüğünü bulduk" diyor. John Birckbeck, bu çalışmayı açıklayan bir makalenin ilgili yazarı. Bu şanslı çünkü herhangi bir eğim, tünel açma mesafesini ve dolayısıyla platonun bir tarafından diğerine olan gücü değiştirecektir. Birkbeck, "Cihaza benzersiz kuantum dalgası problama işlevini veren, ölçülen akımda tanımlandığı şekliyle bu tünel yollarının girişimidir" diyor.

çift ​​yarık deneyi

Bu girişim, ünlü Young'ın çift yarık deneyinde olduğu gibi, içinde iki yarık bulunan bir ekrana elektronların ateşlenmesinin etkilerine benzer. Erez Dağı açıklar. Berg ile birlikte Ady Stern, Binghai Yan ve Yuval Oreg yeni enstrümanın teorik anlayışına öncülük etti.

Parçacığın hangi yarıktan geçtiğini ölçerseniz - diğer taramalı sonda tekniklerinin ölçümlerinde olduğu gibi - dalga davranışı kaybolur ve gördüğünüz tek şey parçacıktır. Bununla birlikte, parçacığı kesişme konumu tespit edilmeden geçmesine izin verirseniz, mevcut iki yol, bir gölete yan yana bırakılan iki çakıl taşından dalgalanan dalgalar gibi bir yapıcı ve yıkıcı girişim modeli üretir.

Berg, "Elektron sadece momentumunun prob ve numune arasında eşleştiği yerde tünel açabildiğinden, cihaz doğrudan bu parametreyi ölçer, bu da kolektif elektron davranışını açıklayan teoriler için anahtardır," diyor Berg.

Aslında, bir elektronun momentumunu, onun mevcut tünelleme yollarının girişimini kullanarak ölçme fikri, 1990'larda Caltech'te Jim Eisenstein. Bununla birlikte, Weizmann araştırmacıları, o zamandan beri iki patlayıcı gelişme sayesinde bazı önemli yeniliklerle işleri birkaç vites yükseltti. Bunlar grafenin izolasyonu benzer atomik olarak ince van der Waals kristalleri için araştırma yapılmasını teşvik etmek; ve müteakip bir bükülmenin deneysel olarak gözlenen etkileri katmanlı van der Waals malzemelerinin oryantasyonunda.

Bir bükülme ile katmanlandığında, grafen gibi malzemeler, kumaşın ağının biraz düzensiz olduğu ve gözleriniz üzerinde komik etkiler yarattığı tekstillerden adını alan hareli bir kafes oluşturur. Bu hareli 2B malzemelerdeki elektronlar, bükülme açısıyla belirlenen bir periyoda sahip bu ek yapay hareli kafesin potansiyeline tabi tutulur. Bu nedenle, kuantum büküm mikroskobu üzerinde bir piezoelektrik döndürücü kullanarak van der Waals kristalinin iki katmanı arasındaki göreli açıları bükmek, daha önce kullanılan manyetik alanlarda mümkün olandan çok daha geniş bir momentum aralığını ölçmeyi ve birçok şeyi keşfetmeyi mümkün kılar. diğer elektronik fenomenler de. Natty cihaz ayrıca bir dizi farklı van der Waals kristali ve diğer kuantum malzemeleri üzerinde çalışmayı kolaylaştırır.

Sorundan çözüme

Büküm efektlerinin keşfedilmesinin ardından, insanlar malzemeleri farklı büküm açılarında denemeye hevesliydi. Ancak, her bir büküm açısı için her bir cihazı yeniden üretmek gibi zahmetli bir süreçten geçmek zorunda kaldılar. Açılardan döndürmek tek bir cihazla mümkün olsa da, döndürme belirli açılarda kilitlenme eğilimindedir, burada temelde deney için oyun sona erer. Kuantum büküm mikroskobunda, uçtaki atomik olarak ince malzeme, ucun yanı sıra uç tarafları boyunca da güçlü bir yapışmaya sahiptir, böylece net kuvvetler, prob ve numunenin iki van der Waal kristal tabakası arasındaki çekimden kolayca ağır basar, bunlar için bile en çekici büküm açıları. Weizmann araştırmacılarının başlangıçta üstesinden gelmek için yola çıktıkları, bunlar gibi fabrikasyon zorluklarıydı.

Yüksek sıcaklıkta bir süper iletken gibi davranan 'sihirli açılı grafenin' keşfi Fizik dünyası 2018 Yılın Atılımı

Bükülmüş grafen öncüsü Cory DeanBu araştırmaya dahil olmayan, bükülmüş katmanlı sistemlerin en ayrıntılı anlayışının bazılarının üzerlerindeki tarama problarından nasıl geldiğini açıklıyor. Bu şekilde, kontrolsüz olsa da benzersiz kıvrımına sahip her bölge tanımlanabilir ve kendi cihazı gibi ele alınabilir. Columbia Üniversitesi'nden Dean, "Weizmann yaklaşımında, bu adımı, bükülme açısı kontrolü ve spektroskopik analizin aynı platforma entegre edildiği gerçekten yaratıcı yeni bir yöne doğru attılar" diyor. "Cihazın aynı zamanda enstrüman olduğu fikri, yoğun madde sistemlerinde nadir ve heyecan verici bir kombinasyon." Ayrıca cihazın sadece bükümlü katmanlı sistemlerle sınırlı olmadığının altını çiziyor.

Ilani, ekibinin icadı hakkında şunları söylüyor: "Dürüst olmak gerekirse, her hafta kuantum bükümlü mikroskopla yapabileceğiniz yeni bir ölçüm türü keşfediyoruz - bu çok yönlü bir araç." Örneğin araştırmacılar, van der Waals katmanları arasındaki mesafeyi azaltan basıncın etkilerini keşfetmek için ucu aşağı doğru bastırabilirler. Birkbeck, her basınç değeri için sıfırdan sıfırlanması gereken düşük sıcaklıklara daldırılan yağ haznelerindeki pistonlarla ilgili deneylere atıfta bulunurken, "Sihirli açılı grafen bağlamında da basınçla yapılan 2 boyutlu malzemeler üzerinde deneyler var" diyor. "Kuantum büküm mikroskobu ile karşılaştırılabilir basınçlara ulaştık, ancak şimdi onu hızlı ve sürekli olarak ayarlama yeteneğiyle bünyesinde".

Sonuçlar şurada rapor edilir: Tabiat.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/scanning-probe-with-a-twist-observes-electrons-wavelike-behaviour/