สวิตช์เปิดปิดทอพอโลยีสามารถสร้างทรานซิสเตอร์ชนิดใหม่ได้

โซเดียมบิสมัทไทด์ฉนวนทอพอโลยีบางเฉียบ (Na 3 Bi) สามารถเปลี่ยนเป็นฉนวนทั่วไปได้เมื่อใช้สนามไฟฟ้า ผลกระทบ “นอกระบบ” นี้ซึ่งค้นพบโดยนักวิจัยในออสเตรเลีย สหรัฐอเมริกา และสิงคโปร์ สามารถใช้เพื่อสร้างทรานซิสเตอร์ตัวแรกที่ใช้งานได้จากวัสดุทอพอโลยี ฉนวนทอพอโลยีหรือที่เรียกว่าฉนวนฮอลล์ควอนตัมสปิน 2 มิติเป็นวัสดุที่เป็นฉนวนไฟฟ้าในปริมาณมาก 

แต่สามารถนำไฟฟ้าบนพื้นผิวของพวกมัน

ได้ผ่านสถานะ “ขอบ” อิเล็กทรอนิกส์แบบพิเศษที่มีพื้นผิวสปินโพลาไรซ์ มาร์ค เอ็ดมอนด์ หัวหน้าทีม จากโรงเรียนฟิสิกส์และดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยโมนาช อธิบายว่า “อิเล็กตรอนที่เดินทางไปตามรัฐที่ ‘ป้องกันทางทอพอโลยี’ เหล่านี้สามารถเคลื่อนที่ได้ในทิศทางเดียวเท่านั้น ดังนั้นจึงไม่กระเจิงกลับ”ในประเทศออสเตรเลีย “ซึ่งหมายความว่าพวกเขาสามารถนำกระแสไฟฟ้าที่มีการกระจายพลังงานเกือบเป็นศูนย์เนื่องจากการกระเจิงกลับเป็นสิ่งที่ทำให้เกิดความต้านทานไฟฟ้าในตัวนำทั่วไปซึ่งทำให้สิ้นเปลืองพลังงาน วัสดุดังกล่าวสามารถนำมาใช้ทำอุปกรณ์ประหยัดพลังงาน เช่น ทรานซิสเตอร์ และอาจเป็นคำตอบสำหรับความท้าทายที่เพิ่มขึ้นของพลังงานที่สูญเสียไปในการประมวลผลแบบ CMOS สมัยใหม่ ซึ่งคิดเป็น 8% ของการใช้ไฟฟ้าทั่วโลก และเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุก ๆ ทศวรรษ ”

กำลังมองหาการสลับเอฟเฟกต์ฟิลด์ทอพอโลยีNa 3 Bi อยู่ในกลุ่มของสารกึ่งโลหะเชิงทอพอโลยี Dirac ซึ่งเป็นวัสดุที่ดีในการมองหาการเปลี่ยนเอฟเฟกต์ฟิลด์ทอพอโลยีเพราะพวกมันอยู่ที่ขอบเขตระหว่างเฟสทั่วไปและเฟสทอพอโลยี มีการคาดการณ์ว่า Na 3 Bi เพียงไม่กี่ชั้นจะผ่านการเปลี่ยนแปลงจากฉนวนทอพอโลยี (ที่มี bandgap ประมาณ 300 meV) ไปเป็นฉนวนแบบธรรมดา (ที่มี bandgap พลังงานต่ำกว่ามาก) เมื่อใช้สนามไฟฟ้า

นักวิจัยยังไม่สามารถทดสอบสมมติฐานนี้ในการทดลองได้จนถึงขณะนี้ สำหรับความต้องการฟิล์ม Na 3 Bi ที่มีความหนาน้อยกว่า 10 ถึง 15 นาโนเมตรผลึกชั้นเดียวบางเฉียบ Na 3 Biปัจจุบัน Edmonds และเพื่อนร่วมงานประสบความสำเร็จในการปลูก Na 3 Bi ที่เป็นผลึกชั้นเดียวที่บางมาก นักวิจัยกล่าวว่าพวกเขายังสามารถควบคุมความหนาของตัวอย่างได้ ตัวอย่างเช่น สร้างฟิล์มที่มีความหนาชั้นเดียวหรือหนาหลายชั้น พวกเขาสร้างภาพยนตร์โดยใช้เทคนิคที่เรียกว่า Molecular beam epitaxy ในสุญญากาศสูงพิเศษที่ Monash และที่Australian Synchrotronรวมถึงที่ALS Beamline 10.0.1ที่Lawrence Berkeley National Laboratoryในสหรัฐอเมริกา

พวกเขาศึกษาเนื้อหาโดยใช้เทคนิคสองวิธี

ที่แตกต่างกันมาก ประการแรกคือสเปกโทรสโกปีเปล่งแสงที่แก้ไขมุม (ARPES) ซึ่งให้ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างแถบอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุและวิธีแก้ไขเมื่อสนามไฟฟ้าถูกนำมาใช้ ประการที่สองคือการสแกนสเปกโตรสโคปีของอุโมงค์ (STS) ซึ่งวัดความหนาแน่นในท้องถิ่นของสถานะอิเล็กทรอนิกส์ในฐานะหน้าที่ของพลังงานเพื่อตรวจสอบแถบพลังงานโดยตรง

STS ยังสามารถระบุสถานะขอบทอพอโลยีใน Na 3 Bi เมื่อไม่มีการใช้สนามไฟฟ้า ซึ่งพิสูจน์ว่าวัสดุดังกล่าวเป็นฉนวนทอพอโลยีในระยะนี้ Edmonds กล่าวโฟตอนทอพอโลยีสามารถสร้าง qubits สำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้นักวิจัยได้สำรองข้อมูลการค้นพบของพวกเขาโดยใช้โครงสร้างวงดนตรีทฤษฎีความหนาแน่นฟังก์ชันและการคำนวณสถานะขอบที่มีและไม่มีสนามไฟฟ้าประยุกต์

มุ่งสู่ทรานซิสเตอร์ทอพอโลยีอุณหภูมิห้องแรก”ในฉนวนทอพอโลยีแบบ 2 มิติ มีการผกผันของแถบวาเลนซ์และแถบการนำไฟฟ้า” Edmonds อธิบาย “เมื่อใช้สนามไฟฟ้า เอฟเฟกต์สตาร์คส่งผลให้มีการจัดลำดับวงดนตรีใหม่เพื่อไม่ให้วงผกผันเกิดขึ้นอีกต่อไป สิ่งนี้จะปิด bandgap อย่างสมบูรณ์แล้วเปิดใหม่เป็นช่องว่างฉนวนทั่วไป (90 meV) – นั่นคือไม่มีการผกผันของแถบ”

HARPSช่วงพลังงานอิเล็กทรอนิกส์ในวัสดุบางเฉียบSung-Kwon Mo สมาชิกในทีม กล่าวว่าสวิตช์ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าเป็นขั้นตอนสำคัญสำหรับการใช้งานวัสดุ ความพยายามในการวิจัยอื่นๆ ได้ดำเนินไปตามกลไกต่างๆ เช่น การเติมสารเคมีหรือความเครียดทางกลที่ควบคุมได้ยากกว่า

“bandgaps ขนาดใหญ่ในเฟสธรรมดา

และ topologically ฉนวนยังมีมากกว่าพลังงานความร้อน (ของ 25 meV) ที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งแสดงให้เห็นว่า ultrathin Na 3 Bi เหมาะสำหรับทำทรานซิสเตอร์ทอพอโลยีอุณหภูมิห้อง” เพิ่มการศึกษา ผู้เขียนไมเคิล ฟูเรอร์นักวิจัยรายงานงานของพวกเขาในNature  10.1038 / s41586-018-0788-5กล่าวว่าขณะนี้พวกเขากำลังวางแผนที่จะสร้างอุปกรณ์ไฟฟ้าที่สามารถวัดกระแสไฟที่ขอบเปิดและปิดตามขอบฟิล์มเมื่อมีการใช้สนามไฟฟ้า “นี่จะเป็นการสาธิตการทำงานของทรานซิสเตอร์ทอพอโลยีตัวแรก” Edmonds กล่าว

Oreane Edelenboschจาก Politecnico di Milano ในอิตาลีกล่าวว่า “สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า ระยะทางและสถานีเติมน้ำมันเป็นอุปสรรคต่อการใช้งานในตลาด แต่รถก็มักจะเกี่ยวข้องกับตัวตนด้วย ซึ่งอาจเป็นเรื่องยากที่จะเอาชนะได้”

การนำเทคโนโลยีการขนส่งขั้นสูงมาใช้ เช่น รถยนต์ไฟฟ้า เซลล์เชื้อเพลิง และเชื้อเพลิงชีวภาพ สามารถลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจำนวนมากในการขนส่ง หากเทคโนโลยีใหม่เหล่านี้สามารถแข่งขันกับรถยนต์ทั่วไปได้ พวกเขาจะต้องปรับปรุงประสิทธิภาพและลดต้นทุนการผลิต แต่จนถึงขณะนี้ มีการศึกษาการบรรเทาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศเพียงไม่กี่รายที่พิจารณาถึงอุปสรรคทางสังคมในการนำรถยนต์ไฟฟ้ามาใช้ ความสวยงาม ประสิทธิภาพ ทัศนคติ ไลฟ์สไตล์ และบรรทัดฐานทางสังคมมีความสำคัญต่อการโน้มน้าวใจเรามากแค่ไหน?

เพื่อหาคำตอบ Edelenbosch และเพื่อนร่วมงานได้พัฒนากรอบการสร้างแบบจำลองที่มีทั้งการเรียนรู้ทางเทคโนโลยีและทางสังคม การศึกษาได้พิจารณากลุ่มสังคมสี่กลุ่มที่แตกต่างกัน: กลุ่มแรกเริ่มที่ชอบลองเทคโนโลยีใหม่ ๆ และไม่รังเกียจที่จะเสี่ยง ส่วนใหญ่ที่เป็นตัวแทนของคลื่นยอดนิยมลูกแรก ส่วนใหญ่ตอนปลายที่หลีกเลี่ยงความเสี่ยงและชอบที่จะรอเพื่อตรวจสอบประสบการณ์ของผู้เริ่มใช้ในช่วงต้น และคนเกียจคร้านที่มักจะต่อต้านเทคโนโลยีใหม่ๆ จนกว่าพวกเขาจะต้องใช้มันจริงๆ

นักวิจัยได้พิจารณาสถานการณ์ 18 ประการ ซึ่งรวมถึงระบอบภาษีคาร์บอนที่แตกต่างกัน เงินอุดหนุนที่กำหนดเป้าหมายไปยังกลุ่มผู้บริโภค และอัตราการลดลงของต้นทุนเทคโนโลยีที่แตกต่างกัน ผลการวิจัยพบว่าการเรียนรู้ด้านเทคโนโลยีและสังคมสามารถเสริมสร้างซึ่งกันและกันได้

Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>>เว็บสล็อตแตกง่าย