การเรียกกราฟีนว่า “วัสดุมหัศจรรย์” อาจฟังดูซ้ำซาก แต่เป็นชื่อเล่นที่เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับวัสดุที่ยังคงสร้างความประหลาดใจให้กับนักฟิสิกส์เรื่องสสารควบแน่น ฉันคุยกับเขาทางโทรศัพท์จากเคมบริดจ์ รัฐแมสซาชูเซตส์เมื่อสัปดาห์ที่แล้ว เพื่อค้นหาว่าเกิดอะไรขึ้นตั้งแต่ทีมของเขาเปิดเผยเมื่อปีที่แล้วว่า “กราฟีนมุมมหัศจรรย์” เป็นทั้งตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงและฉนวน ก่อนที่ฉันจะอัปเดตคุณเกี่ยวกับ
ความทันสมัย
ภูมิหลังเล็กน้อยเกี่ยวกับความก้าวหน้า กราฟีนเป็นแผ่นคาร์บอนที่บางเพียง 1 อะตอมซึ่งถูกแยกเดี่ยวเมื่อ 15 ปีที่แล้ว ชั้นของกราฟีนซ้อนทับกันเพื่อสร้างกราไฟต์วัสดุที่คุ้นเคย กราฟีนบิดสามารถทำจากกราฟีนสองแผ่นโดยหมุนแผ่นหนึ่งออกจากมุมซ้อนปกติ การค้นพบของเราเป็นเพียงยอดภูเขาน้ำแข็ง
ยังมีอะไรอีกมากมายอยู่ข้างใต้ ปาโบล จาริลโล-เอร์เรโรทำงานเกี่ยวกับกราฟีนบิดเกลียวมาตั้งแต่ปี 2009 ปีที่แล้ว ทีมงานของเขารายงานวิธีที่พวกเขานำกราฟีนสองแผ่นมาซ้อนกัน แล้วบิดแผ่นเพื่อให้มุมระหว่างทั้งสองเป็น 1.1° ที่ “มุมมหัศจรรย์” ที่คาดการณ์ไว้ทางทฤษฎีนี้ ทีมงานคาดว่าจะสังเกตเห็น
ช่วงของฟิสิกส์ที่น่าสนใจ นี่เป็นเพราะอะตอมของคาร์บอนในผลึกกราฟีนที่ทับซ้อนกันสองอันสร้างชั้นเคลือบมัวเร (ดูรูป) การค้นพบที่สำคัญมากสองประการพวกเขาไม่ผิดหวังและได้ค้นพบที่สำคัญมากถึงสองครั้ง ประการแรก พวกเขาพบว่ากราฟีนมุมมหัศจรรย์เป็นฉนวน Mott นี่คือวัสดุที่ควรจะเป็นโลหะ
แต่แทนที่จะเป็นฉนวน เนื่องจากมีอันตรกิริยา (สหสัมพันธ์) ที่แข็งแกร่งระหว่างอิเล็กตรอนจากนั้น พวกเขาได้เพิ่มพาหะประจุพิเศษอีกสองสามตัวเข้ากับสถานะฉนวนนี้โดยการใช้สนามไฟฟ้าขนาดเล็ก ซึ่งเปลี่ยนวัสดุให้กลายเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำกว่า 1.7 เคลวิน แม้จะมีอุณหภูมิต่ำ ความใกล้เคียง
กับสถานะฉนวน และความหนาแน่นของอิเล็กตรอนต่ำของ วัสดุหมายความว่าวัสดุนั้นมีลักษณะคล้ายตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง ดังนั้นได้สร้างระบบที่การปรับเล็กน้อยในแง่ของมุมและสนามไฟฟ้าทำให้เกิดสองสถานะที่โดดเด่นของฟิสิกส์ของสสารควบแน่น – ฉนวน Mott และตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง
เกิดอะไรขึ้นต่อไป?
แม้จะเป็นเวลาไม่ถึงสองปีนับตั้งแต่ทีมเขาบอกว่าการอ้างอิงส่วนใหญ่มาจากนักทฤษฎี และขณะนี้มีกลุ่มทฤษฎีหลายร้อยกลุ่มที่ทำงานเกี่ยวกับระบบนี้ นักทดลองต้องใช้เวลานานกว่าในการเรียนรู้วิธีสร้างและกำหนดลักษณะของกราฟีนแบบมุมมหัศจรรย์ แต่จาริลโล-เอร์เรโรคิดว่ามีกลุ่มทดลอง
ประมาณ 20-25 กลุ่มที่มีผลกับวัสดุแล้ว แม้จะมีความพยายามอย่างมากนี้ แต่ฟิสิกส์ของกราฟีนมุมมหัศจรรย์ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น และ กล่าวว่ามีหลายสิ่งหลายอย่างที่ต้องเรียนรู้และศึกษา นอกเหนือจากตัวนำยิ่งยวดและสถานะที่สัมพันธ์กันอย่างมาก ซึ่งทั้งสองอย่างนี้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำ
เขากล่าวว่ายังมีอีกมากที่ต้องเรียนรู้เกี่ยวกับวัสดุที่อุณหภูมิสูงขึ้น เขายังกระตือรือร้นที่จะศึกษาวัสดุ 2 มิติอื่นๆ ที่สามารถบิดได้ ความเป็นไปได้อย่างหนึ่งคือกราฟีน ที่ด้านบนของกราฟีน โดยบิดระหว่าง ทั้งสอง คาดว่า bilayers แบบบิดจะมีฟิสิกส์ของอิเล็กตรอนที่สัมพันธ์กันที่น่าสนใจพร้อมคุณสมบัติ
ทางแม่เหล็กที่แตกต่างจากกราฟีนแบบบิดเดิม แม่เหล็ก ทีมงานของเขากำลังมองหาวัสดุที่บิดเบี้ยวซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับกราฟีน เช่น ตัวนำยิ่งยวด 2 มิติ และแม่เหล็ก 2 มิติ มีการคาดการณ์ทางทฤษฎี เช่น แม่เหล็กชนิดพิเศษที่เรียกว่า เกิดขึ้นเมื่อแม่เหล็ก 2 มิติบิดเกลียวกัน “การค้นพบของเราเป็นเพียง
ยอดภูเขาน้ำแข็ง ยังมีอะไรอีกมากมายอยู่ข้างใต้” เขากล่าว “มีงานอีกมากสำหรับอีกหลายปีข้างหน้า” ฉันยังถาม เกี่ยวกับการใช้เทคโนโลยีของวัสดุทำมุมมหัศจรรย์ และคำตอบของเขาก็ตรงไปตรงมาและตรงไปตรงมา “อย่าคาดหวังว่าจะมีการใช้งานใดๆ เป็นเวลา 30-40 ปี ซึ่งเป็นช่วงเวลาปกติสำหรับวัสดุใหม่”
ทรานซิสเตอร์ยิ่งยวดเขาเชื่อว่าเทคโนโลยีหนึ่งที่สามารถเกิดขึ้นได้คือทรานซิสเตอร์ตัวนำยิ่งยวดที่สามารถสลับไปมาระหว่างตัวนำยิ่งยวดและสถานะปกติ อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถใช้ใน “คอมพิวเตอร์แบบไครโอเจนิกคลาสสิก” ซึ่งจะทำงานที่อุณหภูมิต่ำมากเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาการกระจายพลังงาน
อย่างไรก็ตาม
เขาชี้ให้เห็นว่าเทคโนโลยียังอยู่ในช่วงเริ่มต้นในแง่ของการสร้างตัวอย่างวัสดุที่บิดเบี้ยวและมีขนาดใหญ่อย่างสม่ำเสมอ ในอนาคตอันใกล้ กล่าวว่าวัสดุที่มีมุมมหัศจรรย์มีฟิสิกส์ที่น่าสนใจมากมายซึ่งจะมีการสำรวจ ช่องทางหนึ่งคือ “การจำลองควอนตัม” โดยใช้กราฟีนบิดเป็นพร็อกซี
สำหรับวัสดุที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น ตัวนำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิสูงและแน่นอน เขาชี้ให้เห็นว่าควรมีฟิสิกส์ที่น่าสนใจมากมาย รวมถึงคุณสมบัติเชิงทอพอโลยีที่แฝงตัวอยู่ในกราฟีนที่บิดเบี้ยว ซึ่งจะทำให้นักวิจัยยุ่งไปอีกหลายปี ที่เกี่ยวข้องกับโปรเซสเซอร์ซิลิกอนความเร็วสูง ตัวเลือกอื่นๆ ได้แก่ การใช้วัสดุที่บิด
เป็นเกลียวเพื่อสร้างเครื่องตรวจจับโฟตอนที่มีตัวนำยิ่งยวดหรือควอนตัมบิตตัวนำยิ่งยวดสำหรับการคำนวณแบบควอนตัม แน่นอนว่าใช้การพัวพันควอนตัม กล่าวอีกนัยหนึ่ง ภาพลวงตาของการเคลื่อนไหวทางกายภาพที่นี่ไม่มีอะไรนอกจากภาพสะท้อนของข้อมูลของคุณที่เคลื่อนย้ายจากโหนดควอนตัม
หนึ่งไปยังอีกโหนดถัดไป มันแปลกขึ้น รหัสควอนตัมยังเป็นภาพลวงตาโลกผี โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มันเป็นโฮโลแกรม โฮโลแกรมของโลกที่ไม่มีแรงโน้มถ่วง โลกที่อินฟินิตี้ แรงโน้มถ่วงคุณรู้หรือไม่ว่าแรงโน้มถ่วงสามารถดำรงอยู่ได้แม้กระทั่งในจักรวาลที่ไม่มีสสารใดๆ เลย? ดังที่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์
ได้ชี้ให้เห็นเมื่อหนึ่งศตวรรษก่อน แรงโน้มถ่วงเป็นผลโดยตรงจากความโค้งของกาล-อวกาศ ความโค้งจะวัดว่าหน่วยของพื้นที่และเวลาเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเนื่องจากหน่วยเหล่านี้บางส่วนเชื่อมต่อระหว่างกันในขณะที่คุณเคลื่อนผ่านอวกาศ-เวลา แม้ว่าคุณจะยืนอยู่นิ่งสนิทก็ตาม รู้สึกเหมือนมีแรงดึงดูดใช่ไหม? คุณไม่จำเป็นต้องทำอะไรเพื่อตกลงสู่พื้น
credit: sellwatchshop.com kaginsamericana.com NeworleansCocktailBlog.com coachfactoryoutletswebsite.com lmc2web.com thegillssell.com jumpsuitsandteleporters.com WagnerBlog.com moshiachblog.com
