Efek Doppler dan ledakan sonik pada perangkat graphene membuka arah baru dalam penelitian elektronika kuantum
Tech

Efek Doppler dan ledakan sonik pada perangkat graphene membuka arah baru dalam penelitian elektronika kuantum

Sebuah tim termasuk peneliti dari National Graphene Institute (NGI) Universitas Manchester telah mengungkapkan bahwa ledakan sonik dan gelombang suara pergeseran Doppler dapat dibuat dalam transistor graphene, memberikan wawasan baru tentang bahan canggih ini dan potensinya untuk digunakan dalam teknologi elektronik skala nano. .

Ketika sebuah mobil polisi melaju melewati Anda dengan sirene yang membunyikan, Anda akan mendengar perubahan yang jelas pada frekuensi suara sirene. Ini adalah efek Doppler. Ketika kecepatan pesawat jet melebihi kecepatan suara (sekitar 760 mph), tekanan yang diberikannya pada udara menghasilkan gelombang kejut yang dapat didengar sebagai ledakan supersonik keras atau guntur. Ini adalah efek Mach.

Para ilmuwan dari universitas di Loughborough, Nottingham, Manchester, Lancaster dan Kansas (AS) telah menemukan bahwa versi mekanika kuantum dari fenomena ini terjadi pada transistor elektronik yang terbuat dari graphene dengan kemurnian tinggi. Publikasi baru mereka: “Fermion non-ekuilibrium Graphene mengungkapkan resonansi magnetofonon yang digeser Doppler disertai dengan efek kecepatan supersonik dan Landau Mach” diterbitkan di Nature Communications.

Tim peneliti menggunakan medan listrik dan magnet yang kuat untuk mempercepat aliran elektron dalam monolayer graphene tipis atom yang terdiri dari kisi heksagonal atom karbon. Pada kepadatan arus yang cukup tinggi, setara dengan sekitar 100 miliar amp per meter persegi yang melewati lapisan atom karbon tunggal, aliran elektron mencapai kecepatan 14 kilometer per detik (sekitar 30.000 mph) dan mulai mengguncang atom karbon, sehingga memancarkan kumpulan energi suara terkuantisasi yang disebut fonon akustik. Emisi fonon ini dideteksi sebagai peningkatan resonansi dalam hambatan listrik transistor; ledakan supersonik diamati di graphene!

Para peneliti juga mengamati analog mekanika kuantum dari efek Doppler pada arus yang lebih rendah ketika elektron energik melompat di antara orbit siklotron terkuantisasi dan memancarkan fonon akustik dengan frekuensi naik atau turun seperti Doppler, tergantung pada arah suara. gelombang relatif terhadap elektron yang melaju. Dengan mendinginkan transistor graphene mereka ke suhu helium cair, tim mendeteksi fenomena ketiga di mana elektron berinteraksi satu sama lain melalui muatan listrik mereka dan membuat lompatan “tanpa fonon” antara tingkat energi terkuantisasi pada kecepatan kritis, yang disebut kecepatan Landau.

Perangkat tersebut dibuat di NGI di Manchester (lihat gambar ‘a’ di atas, di mana W=15μm). Dr Piranavan Kumaravadivel (kanan), yang memimpin desain dan pengembangan perangkat, mengatakan: “Ukuran besar dan kualitas tinggi perangkat kami adalah kunci untuk mengamati fenomena ini. Perangkat kami cukup besar dan murni sehingga elektron berinteraksi hampir secara eksklusif dengan fonon dan elektron lainnya. Kami berharap bahwa hasil ini akan menginspirasi studi serupa tentang fenomena non-ekuilibrium dalam materi 2D lainnya.

“Pengukuran kami juga menunjukkan bahwa lapisan graphene berkualitas tinggi dapat membawa kerapatan arus kontinu yang sangat tinggi, yang mendekati yang dapat dicapai dalam superkonduktor. Transistor graphene dengan kemurnian tinggi dapat menemukan aplikasi masa depan dalam teknologi elektronika daya skala nano.”

Dr Mark Greenway, dari Loughborough University, salah satu penulis makalah berkomentar: “Sungguh fantastis untuk mengamati semua efek ini secara bersamaan dalam monolayer graphene. Karena sifat elektronik graphene yang sangat baik, kita dapat menyelidiki proses kuantum di luar keseimbangan ini secara rinci dan memahami bagaimana elektron dalam graphene, yang dipercepat oleh medan listrik yang kuat, menyebarkan dan kehilangan energinya. Kecepatan Landau adalah properti kuantum superkonduktor dan helium superfluida. Jadi sangat menarik untuk mendeteksi efek serupa pada magnetoresistansi resonansi disipatif dari graphene.”

Sumber: Universitas Manchester



Posted By : pengeluaran hk hari ini