የLi-Fi የወደፊት ዕጣ፡- ፖላሪቶንስ፣ ኤክሳይቶንስ፣ ፎቶንስ እና አንዳንድ ቱንግስተን ዲሰልፋይድ

ለብዙ አመታት ከመላው አለም የተውጣጡ ሳይንቲስቶች ሁለት ነገሮችን ሲያደርጉ ቆይተዋል - መፈልሰፍ እና ማሻሻል። እና አንዳንድ ጊዜ የትኛው ይበልጥ አስቸጋሪ እንደሆነ ግልጽ አይደለም. ለእኛ በጣም ቀላል እና ተራ የሚመስሉንን እኛ ለእነሱ ትኩረት እንኳን የማንሰጥ ፣ ለምሳሌ ፣ ተራ LEDs እንውሰድ። ነገር ግን ጥቂት ኤክሳይቶኖች፣ የፖላሪቶኖች ቁንጥጫ እና የተንግስተን ዳይሰልፋይድ እንዲቀምሱ ካከሉ LEDs ከአሁን በኋላ በጣም ፕሮዛይክ አይሆኑም። እነዚህ ሁሉ abstruse ቃላቶች እጅግ በጣም ያልተለመዱ አካላት ስሞች ናቸው ፣ ጥምረት የኒው ዮርክ ከተማ ኮሌጅ ሳይንቲስቶች ብርሃንን በመጠቀም መረጃን በፍጥነት ማስተላለፍ የሚችል አዲስ ስርዓት እንዲፈጥሩ አስችሏቸዋል። ይህ ልማት የ Li-Fi ቴክኖሎጂን ለማሻሻል ይረዳል. የአዲሱ ቴክኖሎጂ ምን ዓይነት ትክክለኛ ንጥረ ነገሮች ጥቅም ላይ ውለዋል፣ ለዚህ ​​“ዲሽ” የምግብ አዘገጃጀት መመሪያ ምንድነው እና የአዲሱ ኤክሲቶን-ፖላሪቶን ኤልኢዲ የአሠራር ቅልጥፍና ምንድነው? የሳይንስ ሊቃውንት ዘገባ ስለዚህ ጉዳይ ይነግረናል. ሂድ።

የምርምር መሠረት

ሁሉንም ነገር ወደ አንድ ቃል ቀላል ካደረግን, ይህ ቴክኖሎጂ ቀላል እና ከእሱ ጋር የተያያዘ ሁሉም ነገር ነው. በመጀመሪያ ፣ ፎቶኖች ከመሃል (ፎኖኖች ፣ ኤክሳይቶኖች ፣ ፕላዝማኖች ፣ ማጋኖን ፣ ወዘተ) ጋር ሲገናኙ የሚነሱ ፖላሪቶኖች። በሁለተኛ ደረጃ, ኤክሳይቶኖች በዲኤሌክትሪክ, ሴሚኮንዳክተር ወይም ብረት ውስጥ በመላው ክሪስታል ውስጥ የሚፈልሱ እና ከኤሌክትሪክ ክፍያ እና የጅምላ ሽግግር ጋር ያልተያያዙ ኤሌክትሮኒካዊ ማነቃቂያዎች ናቸው.

እነዚህ ኳሲፓርቲሎች ቅዝቃዜን በጣም እንደሚወዱ ልብ ማለት ያስፈልጋል, ማለትም. የእነሱ እንቅስቃሴ በጣም ዝቅተኛ በሆነ የሙቀት መጠን ብቻ ሊታይ ይችላል, ይህም ተግባራዊ አተገባበርን በእጅጉ ይገድባል. ግን ያ በፊት ነበር። በዚህ ሥራ ውስጥ ሳይንቲስቶች የሙቀት ውስንነትን ማሸነፍ እና በክፍል ሙቀት ውስጥ መጠቀም ችለዋል.

የፖላሪቶን ዋናው ገጽታ ፎቶን እርስ በርስ የመተሳሰር ችሎታ ነው. ከሩቢዲየም አተሞች ጋር የሚጋጩ ፎቶኖች ብዛትን ያገኛሉ። በተደጋጋሚ ግጭት ሂደት ውስጥ ፎቶኖች እርስ በእርሳቸው ይገለበጣሉ, ነገር ግን አልፎ አልፎ ጥንዶች እና ሶስት እጥፍ ይፈጥራሉ, በሩቢዲየም አቶም የተወከለውን የአቶሚክ ክፍል ያጣሉ.

ነገር ግን በብርሃን አንድ ነገር ለማድረግ, እሱን መያዝ ያስፈልግዎታል. ለዚህም የኦፕቲካል ሬዞናተር ያስፈልጋል, እሱም ቋሚ የብርሃን ሞገድ የሚፈጥሩ አንጸባራቂ ንጥረ ነገሮች ስብስብ ነው.

በዚህ ጥናት ውስጥ በጣም አስፈላጊው ሚና የሚጫወተው ይበልጥ ያልተለመዱ የኳሲፓርተሎች - ኤክሳይቶን-ፖላሪቶንስ, በጠንካራ የጨረር ማያያዣዎች እና በጨረር ጉድጓድ ውስጥ በተያዙ ፎቶኖች ምክንያት ነው.

ነገር ግን, ይህ በቂ አይደለም, ምክንያቱም ቁሳዊ መሰረት ያስፈልጋል, ለመናገር. እና ይህን ሚና የሚጫወተው ከሽግግር ሜታል ዲቻሎጅን (TMD) የተሻለ ማን ነው? ይበልጥ በትክክል፣ WS2 (tungsten disulfide) ሞኖላይየር እንደ ኤሚቲንግ ማቴሪያል ጥቅም ላይ ውሏል፣ እሱም አስደናቂ የኤክሳይቶን ማያያዣ ሃይል ያለው፣ ይህም የቁሳቁስን መሰረት ለመምረጥ ከዋና ዋና መመዘኛዎች አንዱ ሆነ።

ከላይ የተገለጹት ሁሉም ንጥረ ነገሮች ጥምረት በኤሌክትሪክ ቁጥጥር የሚደረግለት የፖላሪቶን ኤልኢዲ በቤት ሙቀት ውስጥ እንዲሠራ አስችሏል.

ይህንን መሳሪያ ለመረዳት፣ የ WS2 ሞኖላይየር በቀጭኑ ባለ ስድስት ጎን ቦሮን ናይትራይድ (hBN) መሿለኪያ ማገጃዎች መካከል የግራፊን ንብርብሮች እንደ ኤሌክትሮዶች ይሠራሉ።

የምርምር ውጤቶች

WS2፣የመሸጋገሪያ ብረት dichalcogenide በመሆን፣እንዲሁም በአቶሚክ ቀጭን የቫን ደር ዋልስ (vdW) ቁሳቁስ ነው። ይህ ስለ ልዩ ኤሌክትሪክ, ኦፕቲካል, ሜካኒካል እና የሙቀት ባህሪያት ይናገራል.

እንደ ግራፊን (እንደ ኮንዳክተር) እና ባለ ስድስት ጎን boron nitride (hBN, እንደ ኢንሱሌተር) ካሉ ሌሎች የvdW ቁሳቁሶች ጋር በማጣመር በኤሌክትሪክ ቁጥጥር ስር ያሉ ሴሚኮንዳክተር መሳሪያዎች ሙሉ በሙሉ ኤልኢዲዎችን ያካተቱ ናቸው። ተመራማሪዎቹ በግልጽ እንደገለፁት ተመሳሳይ የቫን ደር ዋልስ ቁሳቁሶች እና የፖላሪቶኖች ጥምረት ቀድሞውኑ እውን ሆኗል ። ነገር ግን, በቀደሙት ስራዎች, የተገኙት ስርዓቶች ውስብስብ እና ፍጽምና የጎደላቸው ናቸው, እና የእያንዳንዱን አካል ሙሉ አቅም አላሳዩም.

በቀደሙት ሰዎች ከተነሳሱት ሃሳቦች አንዱ ባለ ሁለት ገጽታ ቁሳቁስ መድረክን መጠቀም ነው። በዚህ ሁኔታ ፣ በአቶሚክ ቀጫጭን የጭስ ማውጫ ንጣፍ ያላቸው መሳሪያዎችን መገንዘብ ይቻላል ፣ እነዚህም እንደ እውቂያዎች (ግራፊን) እና ዋሻ ማገጃዎች (hBN) ከሚሠሩ ሌሎች የvdW ቁሳቁሶች ጋር ሊጣመሩ ይችላሉ። በተጨማሪም, እንደዚህ አይነት ባለ ሁለት-ልኬት የፖላሪቶን LED ዎችን ከ vdW ቁሳቁሶች ጋር በማጣመር ያልተለመዱ መግነጢሳዊ ባህሪያት, ጠንካራ ሱፐርኮንዳክቲቭ እና / ወይም መደበኛ ያልሆኑ የቶፖሎጂካል ዝውውሮች. እንዲህ ባለው ጥምረት ምክንያት ሙሉ ለሙሉ አዲስ ዓይነት መሣሪያ ሊገኝ ይችላል, ባህሪያቶቹ በጣም ያልተለመዱ ሊሆኑ ይችላሉ. ነገር ግን, ሳይንቲስቶች እንደሚሉት, ይህ ለሌላ ጥናት ርዕስ ነው.

ምስል #1

በምስሉ ላይ 1a የንብርብር ኬክን የሚመስል ሶስት አቅጣጫዊ ሞዴል ያሳያል። የኦፕቲካል ሬዞናተሩ የላይኛው መስታወት የብር ንብርብር ነው ፣ እና የታችኛው መስታወት ባለ 12-ንብርብር ተሰራጭቷል። ብራግ አንጸባራቂ*. ንቁው ክልል የመሿለኪያ ዞን ይዟል።

የተከፋፈለ ብራግ አንጸባራቂ* - የቁሳቁሱ የማጣቀሻ ኢንዴክስ በየጊዜው ወደ ንብርብሮች የሚለዋወጥበት የበርካታ ንብርብሮች አወቃቀር።

የመሿለኪያ ዞን WS2 monolayer (ብርሃን አመንጪ)፣ በሞኖላይየር በሁለቱም በኩል የ hBN ስስ ሽፋኖች (መሿለኪያ ማገጃ) እና graphene (ኤሌክትሮኖችን እና ቀዳዳዎችን ለማስተዋወቅ ግልፅ ኤሌክትሮዶች) የያዘ የvdW heterostructure አለው።

የመወዛወዙን አጠቃላይ ጥንካሬ ለመጨመር ሁለት ተጨማሪ የ WS2 ንብርብሮች ተጨምረዋል እናም የፖላሪተን ግዛቶችን የበለጠ ግልጽ የሆነ የ Rabi ስንጥቅ ለማምረት።

የማስተጋባት አሠራር የፒኤምኤምኤ ንብርብር ውፍረት (ፖሊቲሜትል ሜታክሪሌት, ማለትም plexiglass) በመለወጥ የተስተካከለ ነው.

የምስል ምስል 1b ይህ በተከፋፈለ ብራግ አንጸባራቂ ገጽ ላይ የvdW heterostructure ቅጽበታዊ ፎቶ ነው። በተከፋፈለው ብራግ አንጸባራቂ ከፍተኛ አንጸባራቂ ምክንያት, የታችኛው ሽፋን ነው, በምስሉ ላይ ያለው የዋሻው ዞን በጣም ዝቅተኛ አንጸባራቂ ንፅፅር አለው, በዚህም ምክንያት የላይኛው ወፍራም የ hBN ንብርብር ብቻ ይታያል.

ግራፍ 1с በመፈናቀል ስር ባለው ዋሻ ጂኦሜትሪ ውስጥ ያለው የvdW ዞን የሄትሮ መዋቅር ንድፍ ነው። Electroluminescence (EL) ከላይ (ከታች) graphene የ Fermi ደረጃ በላይ (ከታች) የ WS2 conduction (valence) ባንድ በላይ ሲቀያየር, ኤሌክትሮ (ቀዳዳ) ወደ conduction (valence) ውስጥ መሿለኪያ በመፍቀድ ጊዜ electroluminescence (ኤል). የ WS2 ባንድ። ይህ በ WS2 ንብርብር ውስጥ ኤክሳይቶኖች እንዲፈጠሩ ምቹ ሁኔታዎችን ይፈጥራል የጨረር (ራዲያቲቭ) ኤሌክትሮን-ቀዳዳ ድጋሚ ውህደት።

እንደ pn junction light emitters, ዶፒንግ እንዲሰራ ከሚጠይቁ, EL ከዋሻው መሳሪያዎች የሚመነጨው በዋሻው ጅረት ላይ ብቻ ነው, ይህም የኦፕቲካል ኪሳራዎችን እና በሙቀት ለውጦች ምክንያት የሚከሰተውን የመቋቋም ችሎታ ለውጦችን ያስወግዳል. በተመሳሳይ ጊዜ, የዋሻው አርክቴክቸር በ pn መገናኛዎች ላይ የተመሰረተ ከ dichalcogenide መሳሪያዎች ጋር ሲነፃፀር በጣም ትልቅ የሆነ የልቀት ክልል እንዲኖር ያስችላል.

የምስል ምስል 1d የመተላለፊያው የአሁኑ እፍጋት የኤሌክትሪክ ባህሪዎችን ያሳያል (Jእንደ የአድልዎ ቮልቴጅ ተግባር (V) በግራፍ ኤሌክትሮዶች መካከል. ለሁለቱም አወንታዊ እና አሉታዊ የቮልቴጅ ቮልቴቶች ከፍተኛ መጠን ያለው ጭማሪ በመዋቅሩ ውስጥ የቶንሊን ፍሰት መከሰትን ያሳያል። በ hBN ንብርብሮች (~2 nm) ከፍተኛ ውፍረት፣ ከፍተኛ የመሿለኪያ ጅረት እና የተከተቱ ተሸካሚዎች የህይወት ዘመን መጨመር ለጨረር ዳግም ውህደት ይስተዋላል።

የኤሌክትሮማግኔቲክ ሙከራን ከማካሄድዎ በፊት መሳሪያው ጠንካራ የኤክሳይቶኒክ ትስስር መኖሩን ለማረጋገጥ በማእዘን-የተፈታ ነጭ የብርሃን ነጸብራቅ ተለይቷል.

ምስል #2

በምስሉ ላይ 2a ከመሣሪያው ገባሪ ክልል አንግል-የተፈታ አንጸባራቂ ስክሪፕቶች ይታያሉ፣ ይህም ፀረ-መስቀል ባህሪን ያሳያል። Photoluminescence (PL) በተጨማሪም ከታችኛው የፖላሪተን ቅርንጫፍ ከፍተኛ ልቀት እና ደካማ የላይኛው የፖላሪተን ቅርንጫፍ (ከላይኛው የፖላሪተን ቅርንጫፍ) የሚለቀቀውን ልቀት በማሳየት በማይነቃነቅ ተነሳሽነት (460 nm) ተስተውሏል።2b).

በ 2с በ 0.1 μA/μm2 የክትባት ፍጥነት የፖላሪቶን ኤሌክትሮላይንሴንስ ስርጭትን ያሳያል። የማወዛወዝ ሁነታዎችን (ጠንካራ እና የተሰነጠቀ ነጭ መስመር) ወደ EL ሙከራ በመግጠም የተገኘው የራቢ መሰንጠቅ እና ክፍተት መፍታት በቅደም ተከተል ～33 meV እና ～-13 meV ናቸው። የ cavity detuing እንደ δ = Ec - Ex ይገለጻል፣ Ex የኤክሳይቶን ኢነርጂ ሲሆን Ec ደግሞ በአውሮፕላኑ ውስጥ ያለውን የዜሮ ሞመንተም አቅልጠው የፎቶን ኃይል ያመለክታል። መርሐግብር 2d ይህ ከኤሌክትሮማግኔቲክ ስርጭት በተለያየ ማዕዘኖች የተቆረጠ ነው. እዚህ በኤክሳይቶን ሬዞናንስ ዞን ውስጥ የሚከሰት የፀረ-ክሮስሲንግ የላይኛው እና የታችኛው የፖላሪቶን ሁነታዎች ስርጭት በግልጽ ይታያል.

ምስል #3

የመሿለኪያ ጅረት ሲጨምር፣ አጠቃላይ የ EL ጥንካሬ ይጨምራል። ደካማ EL ከፖላሪቶኖች የመነሻ ፈረቃ አጠገብ ይታያል (3a) ከመነሻው በላይ በበቂ ሁኔታ ትልቅ መፈናቀል ላይ ሳለ፣ የፖላራይተን ልቀት የተለየ ይሆናል (3b).

በምስሉ ላይ 3с ጠባብ ልቀት ሾጣጣ ± 15 ° የሚያሳይ የ EL ጥንካሬ እንደ ማዕዘን ተግባር የዋልታ ሴራ ያሳያል። የጨረር ንድፍ ለሁለቱም ዝቅተኛው (አረንጓዴ ኩርባ) እና ከፍተኛ (ብርቱካንማ ኩርባ) አበረታች ጅረት ምንም ለውጥ የለውም። በርቷል 3d ለተለያዩ ተንቀሳቃሽ የመሿለኪያ ሞገዶች የተቀናጀ ጥንካሬን ያሳያል፣ ይህም ከግራፉ ላይ እንደሚታየው፣ ቀጥተኛ መስመር ነው። ስለዚህ የአሁኑን ወደ ከፍተኛ እሴት ማሳደግ በታችኛው ቅርንጫፍ ላይ የፖላሪቶኖችን በተሳካ ሁኔታ መበታተን እና በፖላሪቶን መፈጠር ምክንያት እጅግ በጣም ጠባብ የሆነ የልቀት ሁኔታን ይፈጥራል። ነገር ግን፣ በዚህ ሙከራ የ hBN ዋሻ ማገጃ ዳይኤሌክትሪክ መበላሸት ጋር ተያይዞ ባለው ውስንነት ምክንያት ይህንን ማሳካት አልተቻለም።

ቀይ ነጠብጣቦች በርቷል 3d የሌላ አመላካች መለኪያዎችን አሳይ - ውጫዊ የኳንተም ብቃት*.

የኳንተም ብቃት* - የፎቶኖች ብዛት ጥምርታ ፣ የኳሲፓርቲሎች መፈጠር ምክንያት የሆነው መምጠጥ ፣ ወደ አጠቃላይ የፎቶኖች ብዛት።

የሚታየው የኳንተም ቅልጥፍና ከሌሎች የፖላሪቶን ኤልኢዲዎች (በኦርጋኒክ ቁሶች፣ የካርቦን ቱቦዎች፣ ወዘተ) ላይ ካለው ጋር ይመሳሰላል። በጥናት ላይ ባለው መሳሪያ ውስጥ የብርሃን አመንጪው ንብርብር ውፍረት 0.7 nm ብቻ ሲሆን በሌሎች መሳሪያዎች ውስጥ ይህ ዋጋ በጣም ከፍ ያለ መሆኑን ልብ ሊባል ይገባል. ሳይንቲስቶች የመሳሪያቸው የኳንተም ቅልጥፍና ከፍተኛ አለመሆኑን አልሸሸጉም ነገር ግን በዋሻው ዞን ውስጥ ከፍተኛ ቁጥር ያላቸውን ሞኖላይተሮችን በማስቀመጥ በ hBN ስስ ሽፋን መለየት ይቻላል.

ተመራማሪዎቹ ሌላ መሳሪያ በመሥራት የሬዞናተር መፍታትን በፖላሪተን ኢኤል ላይ የሚያስከትለውን ውጤት ፈትነዋል፣ ነገር ግን በጠንካራ ፍንዳታ (-43 meV)።

ምስል #4

በምስሉ ላይ 4a የ EL spectra ከእንዲህ ዓይነቱ መሳሪያ የማዕዘን ጥራት ጋር በ 0.2 μA/μm2 ጥግግት ላይ ይታያል። በጠንካራ ማወቂያው ምክንያት መሳሪያው በኤልኤል ውስጥ ግልጽ የሆነ የጠርሙስ ተጽእኖ ያሳያል ከፍተኛው ከፍተኛ መጠን በትልቅ ማዕዘን ላይ ይከሰታል. ይህ በምስሉ ላይ የበለጠ ተረጋግጧል 4bየዚህ መሳሪያ ዋልታ ግራፎች ከመጀመሪያው ጋር ሲነጻጸሩ (2с).

ከጥናቱ ጥቃቅን ነገሮች ጋር የበለጠ ለመተዋወቅ ፣ እንዲመለከቱ እመክራለሁ ሳይንቲስቶች ሪፖርት አድርገዋል.

Epilogue

ስለዚህ, ከላይ የተገለጹት ሁሉም ምልከታዎች እና ልኬቶች የፖላሪቶን ኤሌክትሮላይዜሽን በ vdW heterostructure ውስጥ በኦፕቲካል ማይክሮካቭ ውስጥ በተሰራው ውስጥ መኖሩን ያረጋግጣሉ. በጥናት ላይ ያለው የመሳሪያው መሿለኪያ አርክቴክቸር ኤሌክትሮኖችን/ቀዳዳዎችን ማስተዋወቅ እና በ WS2 monolayer ውስጥ እንደገና መቀላቀልን ያረጋግጣል፣ ይህም እንደ ብርሃን አምጪ ሆኖ ያገለግላል። የመሳሪያው የዋሻው አሠራር የአካል ክፍሎችን መቀላቀል የማይፈልግ መሆኑ አስፈላጊ ነው, ይህም ኪሳራዎችን እና የተለያዩ የሙቀት-ነክ ለውጦችን ይቀንሳል.

በሪሶነተር መበታተን ምክንያት ኤል ከፍተኛ ቀጥተኛነት እንዳለው ታውቋል. ስለዚህ, የ cavity ጥራት ሁኔታን ማሻሻል እና ከፍተኛ የአሁኑን አቅርቦት ማሻሻል የማይክሮካቭቲ ኤልኢዲዎች, እንዲሁም በኤሌክትሪክ ቁጥጥር ስር ያሉ ማይክሮካቪት ፖላሪቶኖች እና የፎቶኒክ ሌዘር ቅልጥፍናን ያሻሽላል.

ይህ ሥራ አንድ ጊዜ የሽግግር ብረት ዲቻኮጅኒድስ በእውነት ልዩ ባህሪያት እና በጣም ሰፊ አፕሊኬሽኖች እንዳሉት አረጋግጧል.

እንዲህ ዓይነቱ ምርምር እና የፈጠራ ፈጠራዎች ኤልኢዲዎችን እና ብርሃንን በመጠቀም የመረጃ ማስተላለፊያ ቴክኖሎጂዎችን በማዳበር እና በማስፋፋት ላይ ከፍተኛ ተጽዕኖ ያሳድራሉ. እንደነዚህ ያሉ የወደፊት ቴክኖሎጂዎች Li-Fiን ያካትታሉ, ይህም አሁን ካለው ዋይ ፋይ በጣም ከፍ ያለ ፍጥነት ያቀርባል.

ስለ ትኩረትዎ እናመሰግናለን፣ የማወቅ ጉጉት ይኑርዎት እና ለሁሉም ሰው ጥሩ ሳምንት ይሁን! 🙂

ከእኛ ጋር ስለቆዩ እናመሰግናለን። ጽሑፎቻችንን ይወዳሉ? የበለጠ አስደሳች ይዘት ማየት ይፈልጋሉ? ትእዛዝ በማዘዝ ወይም ለጓደኞች በመምከር ይደግፉን፣ በእኛ ለእርስዎ በፈለሰፈው ልዩ የመግቢያ ደረጃ አገልጋዮች አናሎግ ለሀብር ተጠቃሚዎች 30% ቅናሽ። ስለ VPS (KVM) ሙሉ እውነት E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps ከ$20 ወይንስ እንዴት አገልጋይ መጋራት ይቻላል? (በRAID1 እና RAID10፣ እስከ 24 ኮሮች እና እስከ 40GB DDR4 ድረስ ይገኛል።

ዴል R730xd 2 ጊዜ ርካሽ? እዚህ ብቻ 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV ከ$199 በኔዘርላንድስ! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - ከ$99! ስለ አንብብ የመሠረተ ልማት ኮርፖሬሽን እንዴት እንደሚገነባ ክፍል ጋር Dell R730xd E5-2650 v4 አገልጋዮች ዋጋ 9000 አንድ ሳንቲም ዩሮ?

ምንጭ: hab.com