นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียในสหรัฐอเมริกาได้พัฒนาโครงสร้างอุปกรณ์ใหม่ที่สามารถเปลี่ยนมุม “บิด” ระหว่างชั้นของวัสดุ 2 มิติ (เช่น กราฟีน) และศึกษาว่ามุมนี้ส่งผลต่อคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ ทางแสง และทางกลอย่างไร การวัดซึ่งดำเนินการบนโครงสร้างเดียวแทนที่จะเป็นหลายโครงสร้าง (เช่นเมื่อก่อน) สามารถพัฒนาสาขา “twistronics” ที่เกิดขึ้นใหม่ซึ่งเป็น
แนวทางใหม่ขั้นพื้นฐานสำหรับวิศวกรรมอุปกรณ์
“ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิจัยได้ตระหนักว่าการมีเพศสัมพันธ์ที่อ่อนแอระหว่างชั้นต่างๆ ของวัสดุ 2D สามารถใช้ในการจัดการวัสดุเหล่านี้ในลักษณะที่ไม่สามารถทำได้ด้วยโครงสร้างแบบเดิม” Cory Deanผู้ซึ่งเป็นผู้นำในการวิจัยร่วมกับJames Hone อธิบาย . “ตัวอย่างที่น่าทึ่งอย่างหนึ่งคือความสามารถในการปรับเปลี่ยนคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์โดยการเปลี่ยนมุมระหว่างชั้นต่างๆ
“ตัวอย่างเช่น กราฟีน (แผ่นอะตอมของคาร์บอน 2 มิติ) ปกติไม่มีช่องว่างของแถบ อย่างไรก็ตาม เมื่อนำไปสัมผัสกับวัสดุ 2D อีกชนิดหนึ่ง คือ โบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยม ซึ่งมีค่าคงที่ขัดแตะที่เข้าชุดกันอย่างใกล้ชิด ชั้นของกราฟีนและโบรอนไนไตรด์ก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า “ Moiré superlattice ” ขนาดใหญ่ จากนั้นบิดชั้นเพื่อให้วางไม่ตรงและมุมระหว่างชั้นจะใหญ่ขึ้น ช่องว่างของสายรัดจะหายไป
กราฟีน superlattice มุมวิเศษแกรฟีนมัวร์ superlattice“เพียงแค่เปลี่ยนมุมระหว่างชั้นวัสดุ 2D ซึ่งหมายความว่ากราฟีนสามารถปรับได้จากการเป็นโลหะไปจนถึงเซมิคอนดักเตอร์ อันที่จริง นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) เพิ่งค้นพบว่าการวางกราฟีนสองชั้นเข้าด้วยกัน แต่หมุนสัมพันธ์กันที่มุม ‘เวทย์มนตร์’ ที่ 1.1° เปลี่ยนวัสดุโลหะตามปกติให้กลายเป็นตัวนำยิ่งยวด”
การบรรลุคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่หลากหลายในวัสดุทั่วไปนั้น โดยปกติแล้วจะต้องเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของวัสดุเหล่านั้น ความสามารถในการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุ 2D เพียงแค่เปลี่ยนมุมบิดระหว่างชั้นของมันจึงเป็นทิศทางใหม่พื้นฐานในวิศวกรรมอุปกรณ์ เขากล่าวเสริม
เครื่องเดียวจนถึงปัจจุบัน นักวิจัยจำเป็
นต้องสร้างอุปกรณ์ใหม่ทั้งหมดสำหรับมุมบิดที่ต่างกัน ซึ่งมักเกี่ยวข้องกับการสร้างอุปกรณ์จำนวนมาก ซึ่งทำให้ยากต่อการแก้ไขผลกระทบที่ขึ้นกับมุมโดยไม่ขึ้นกับความแปรผันของตัวอย่างต่อตัวอย่าง
“ยิ่งไปกว่านั้น คุณลักษณะที่ขึ้นกับมุมที่น่าสนใจหลายอย่าง (เช่น ตัวนำยิ่งยวดที่กล่าวถึงข้างต้นในกราฟีน bilayer แบบบิดเกลียว) สามารถสังเกตได้ภายในช่วงที่แคบมากของมุมเป้าหมายเท่านั้น” Dean กล่าว “ตอนนี้เราประสบความสำเร็จในการสร้างอุปกรณ์เครื่องเดียวที่มีเลเยอร์ที่เราสามารถหมุนอย่างต่อเนื่องในเครื่องได้ในขณะที่วัดคุณสมบัติทางกายภาพและทางอิเล็กทรอนิกส์ของอุปกรณ์ นี่เป็นแพลตฟอร์มใหม่ที่ช่วยให้เราสามารถสลับไปมาระหว่างสถานะเสริมในอุปกรณ์ได้ตามต้องการ”
ทีมโคลัมเบียทำสิ่งนี้ได้อย่างไร? “เทคนิคของเราใช้ประโยชน์จากความเสียดทานระหว่างผิวหน้าต่ำซึ่งเกิดขึ้นตามธรรมชาติระหว่างวัสดุ 2D แบบเลเยอร์” Dean กล่าวกับPhysics World “ไม่มีพันธะเคมีที่แข็งแกร่งระหว่างชั้นต่างๆ ดังนั้นพวกมันจึงเลื่อนทับกันได้ง่าย อันที่จริงนี่คือเหตุผลที่ใช้กราไฟต์ในไส้ดินสอและทั้งกราไฟต์และโบรอนไนไตรด์ถูกใช้เป็นสารหล่อลื่นแบบแห้งในอุตสาหกรรม”
ในกระบวนการผลิต นักวิจัยของโคลัมเบียได้ศึกษาโครงสร้างเฮเทอโรของกราฟีน/โบรอนไนไตรด์ และออกแบบอุปกรณ์ให้มีรูปร่างเหมือนเฟืองที่พวกเขาตั้งใจทำให้หมุนได้ “จากนั้นเราใช้เทคนิคที่พัฒนาขึ้นก่อนหน้านี้ในห้องปฏิบัติการของเราเพื่อหยิบเกียร์ขนาดนาโนนี้ (ทำจากโบรอนไนไตรด์) โดยอัตโนมัติและวางไว้เหนือพื้นที่ทำงาน (กราฟีน) เมื่อเข้าที่แล้ว เราใช้กล้องจุลทรรศน์กำลังอะตอมเพื่อดันฟันหนึ่งซี่ของเฟือง ทำให้มันหมุนได้”
การพิสูจน์หลักการ
หลักการพิสูจน์นี้แสดงให้เห็นว่าเราสามารถบรรลุและควบคุมการหมุนในโครงสร้างเฮเทอโรกราฟีน/โบรอนไนไตรด์ และสามารถเปลี่ยนคุณสมบัติทางไฟฟ้า ทางแสง และแม้กระทั่งทางกลของอุปกรณ์ที่ทำจากโครงสร้างเหล่านี้ไดนามิก
“โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เราแสดงให้เห็นว่าช่องว่างพลังงานที่สังเกตได้ในกราฟีนสามารถปรับได้และสามารถเปิดหรือปิดได้ตามต้องการ เพียงแค่เปลี่ยนการวางแนวระหว่างเลเยอร์” Rebeca Ribeiroผู้เขียนนำของการศึกษากล่าวเสริม
สำหรับการใช้งาน งานนี้สามารถช่วยในการพัฒนาเทคโนโลยีสวิตชิ่งชนิดใหม่ เช่น เซ็นเซอร์ที่ปรับได้และอุปกรณ์ไฟฟ้าเครื่องกลและแสงที่ปรับแต่งได้ Dean กล่าว
นักวิจัยรายงานงานของพวกเขาในScienc e 10.1126/science.aat6981ว่าขณะนี้พวกเขากำลังยุ่งอยู่กับการศึกษาปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นใหม่ซึ่งมาจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างชั้นวัสดุ 2 มิติ “การค้นพบความเป็นตัวนำยิ่งยวดในกราฟีนแบบ bilayer bilayer เกิดจากการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างชั้นเดียวของกราฟีน ซึ่งไม่มีตัวนำยิ่งยวดด้วยตัวของมันเอง เราเชื่อว่าเราสามารถแนะนำและเปิดและปิดเอฟเฟกต์ที่คล้ายกันได้ เช่น การเรียงลำดับแม่เหล็กที่เกิดขึ้นเองและช่องว่างของแถบที่มีการป้องกันทางทอพอโลยีด้วยการบิดแบบควบคุม
‘กราฟีนมุมมหัศจรรย์’ ทำตัวเหมือนตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง“จนถึงตอนนี้ เราได้ศึกษาแค่กราฟีนและโบรอนไนไตรด์เท่านั้น แต่มีวัสดุ 2D ขนาดใหญ่ที่สามารถรวมเข้าด้วยกันในลักษณะที่คล้ายคลึงกัน วัสดุเหล่านี้อาจเป็นโลหะ ฉนวน สารกึ่งตัวนำ แม่เหล็ก และตัวนำยิ่งยวด
“ในระดับพื้นฐานที่สุด การศึกษาของเราแสดงให้เห็นว่ามีวิธีใหม่ในการควบคุมวัสดุเหล่านี้ที่ไม่มีอยู่ในโครงสร้างเฮเทอโรโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์ทั่วไป ดังนั้นจึงเปิดประตูสู่สาขาการวิจัยใหม่ที่คุณสมบัติของวัสดุสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการบิดชั้นวัสดุเพียงอย่างเดียว”
“เราประดิษฐ์รูรับแสงระดับนาโนบนแผ่นปิดทองหนา 50 นาโนเมตร (จาก PHASIS Geneva, BioNano) โดยใช้วิธีการกัดลำแสงไอออนแบบโฟกัส (FIB)” Truong กล่าว “เราใช้ชุดแหนบแสง (OTKB) ของ Thorlabs ที่ได้รับการดัดแปลงเพื่อดักจับอนุภาคและบรรจุชิปพลาสโมนิกในคิวเวตต์ตัวอย่างที่มีอนุภาคโพลีสไตรีนขนาด 0.5 ไมโครเมตรและ 1 ไมโครเมตรในน้ำปราศจากไอออน เลเซอร์ Ti:Sapphire ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางลำแสงโฟกัสประมาณ 1 µm และความยาวคลื่นที่ปรับจาก 940 เป็น 980 nm ถูกใช้สำหรับกับดัก”
นักวิจัยใช้อาร์เรย์แหนบพลาสม่าเพื่อดักจับและขนส่งอนุภาคขนาดไมครอนและซับไมครอนไปยังตำแหน่งที่กำหนดโดยใช้ความเข้มของการดักจับต่ำที่ไม่สร้างความเสียหาย (<1.5 mW/μm 2 ) ในบริเวณความยาวคลื่น NIR พวกเขากล่าวว่าอุปกรณ์ดังกล่าวสามารถรวมเข้ากับอุปกรณ์แล็บบนชิปเพื่อดักจับและขนส่งอนุภาคขนาดใหญ่ เช่น เซลล์ชีวภาพโดยใช้พลังงานตกกระทบต่ำและความถี่เลเซอร์ดักจับที่สามารถปรับได้
Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >> ป๊อกเด้งออนไลน์
