Cyfieithiad o erthygl gan awduron o IBM Research....
Bydd datblygiad pwysig mewn ffiseg yn ein galluogi i astudio nodweddion ffisegol lled-ddargludyddion yn llawer mwy manwl. Gall hyn helpu i gyflymu datblygiad technoleg lled-ddargludyddion cenhedlaeth nesaf.
Awduron:
— Aelod o Staff, IBM Research
Doug Bishop - Peiriannydd Nodweddu, Ymchwil IBM
Lled-ddargludyddion yw blociau adeiladu sylfaenol yr oes electronig ddigidol heddiw, gan ddarparu amrywiaeth o ddyfeisiau sydd o fudd i'n bywydau modern, megis cyfrifiaduron, ffonau clyfar a dyfeisiau symudol eraill. Mae gwelliannau mewn ymarferoldeb a pherfformiad lled-ddargludyddion hefyd yn galluogi cymwysiadau lled-ddargludyddion cenhedlaeth nesaf mewn cyfrifiadura, synhwyro, a throsi ynni. Mae ymchwilwyr wedi brwydro ers tro i oresgyn y cyfyngiadau yn ein gallu i ddeall yn llawn y taliadau electronig y tu mewn i ddyfeisiau lled-ddargludyddion a deunyddiau lled-ddargludyddion datblygedig sy'n atal ein gallu i symud ymlaen.
Mewn astudiaeth newydd yn y cyfnodolyn Mae cydweithrediad ymchwil dan arweiniad IBM Research yn disgrifio datblygiad cyffrous wrth ddatrys dirgelwch 140-mlwydd-oed mewn ffiseg, un a fydd yn caniatáu inni astudio nodweddion ffisegol lled-ddargludyddion yn llawer manylach a galluogi datblygiad deunyddiau lled-ddargludyddion newydd a gwell.
Er mwyn deall ffiseg lled-ddargludyddion yn wirioneddol, mae'n rhaid i ni yn gyntaf ddeall priodweddau sylfaenol cludwyr gwefr o fewn deunyddiau, p'un a ydynt yn gronynnau negyddol neu bositif, eu cyflymder mewn maes trydan cymhwysol, a pha mor ddwys y maent wedi'u pacio o fewn y deunydd. Daeth y ffisegydd Edwin Hall o hyd i ffordd o bennu'r priodweddau hyn ym 1879 pan ddarganfu y bydd maes magnetig yn gwyro symudiad gwefrau electronau o fewn dargludydd, ac y gellir mesur maint y gwyriad fel y gwahaniaeth potensial sy'n berpendicwlar i lif cyfeiriadol y gwefrydd. gronynnau, fel y dangosir yn Ffigur 1a. Mae'r foltedd hwn, a elwir yn foltedd Hall, yn datgelu gwybodaeth sylweddol am y cludwyr gwefr yn y lled-ddargludydd, gan gynnwys a ydynt yn electronau negyddol neu ledronynnau positif o'r enw “tyllau,” pa mor gyflym y maent yn symud mewn maes trydan, neu eu “symudedd” (µ ), a'u crynodiad (n) y tu mewn i'r lled-ddargludydd.
Dirgelwch 140 oed
Ddegawdau ar ôl darganfyddiad Hall, darganfu ymchwilwyr hefyd y gallent fesur effaith Hall gyda golau - arbrofion a elwir yn photo-Hall, gweler Ffigur 1b. Mewn arbrofion o'r fath, mae goleuo golau yn cynhyrchu cludwyr lluosog, neu barau tyllau electron, mewn lled-ddargludyddion. Yn anffodus, mae ein dealltwriaeth o effaith sylfaenol Hall wedi rhoi mewnwelediad i'r mwyafrif (neu fwyafrif) yn unig o gludwyr taliadau. Nid oedd yr ymchwilwyr yn gallu tynnu paramedrau o'r ddau gyfrwng (mawr a heb fod yn fawr) ar yr un pryd. Mae gwybodaeth o'r fath yn allweddol ar gyfer llawer o gymwysiadau sy'n gysylltiedig â golau, megis paneli solar a dyfeisiau optoelectroneg eraill.
Astudiaeth cylchgrawn IBM Research yn datgelu un o gyfrinachau hirhoedlog effaith y Hall. Mae ymchwilwyr o Sefydliad Gwyddoniaeth a Thechnoleg Uwch Corea (KAIST), Sefydliad Ymchwil Technoleg Cemegol Korea (KRICT), Prifysgol Duke, ac IBM wedi darganfod fformiwla a thechneg newydd sy'n ein galluogi i dynnu gwybodaeth am y sylfaenol a'r ansylfaenol ar yr un pryd. cludwyr, megis eu gallu i ganolbwyntio a symudedd, yn ogystal â chael gwybodaeth ychwanegol am oes y cludwr, hyd trylediad a'r broses ailgyfuno.
Yn fwy penodol, mewn arbrawf ffoto-Neuadd, mae'r ddau gludwr yn cyfrannu at newidiadau mewn dargludedd (σ) a chyfernod Hall (H, yn gymesur â chymhareb foltedd y Neuadd i'r maes magnetig). Daw mewnwelediadau allweddol o fesur dargludedd a chyfernod Hall fel swyddogaeth dwyster golau. Cudd yn siâp y dargludedd-Hall cyfernod cromlin (σ-H) yn dangos gwybodaeth sylfaenol newydd: y gwahaniaeth yn y symudedd y ddau cludwr. Fel y trafodwyd yn yr erthygl, gellir mynegi'r berthynas hon yn gain:
$$display$$ Δµ = d (σ²H)/dσ$$display$$
Gan ddechrau gyda dwysedd cludwr mwyafrif hysbys o fesur Neuadd traddodiadol yn y tywyllwch, gallwn ddatgelu ar gyfer y mwyafrif a'r lleiafrif symudedd a dwysedd cludwyr fel swyddogaeth o arddwysedd golau. Enwodd y tîm y dull mesur newydd: Carrier-Resolved Photo Hall (CRPH). Gyda dwyster goleuo golau hysbys, gellir sefydlu oes y cludwr mewn ffordd debyg. Mae'r cysylltiad hwn a'i atebion wedi'u cuddio ers bron i ganrif a hanner ers darganfod effaith y Hall.
Ar wahân i ddatblygiadau yn y ddealltwriaeth ddamcaniaethol hon, mae datblygiadau mewn dulliau arbrofol hefyd yn hollbwysig i alluogi'r dull newydd hwn. Mae'r dull yn gofyn am fesuriad pur o signal y Neuadd, a all fod yn anodd ar gyfer deunyddiau lle mae signal y Neuadd yn wan (er enghraifft, oherwydd symudedd isel) neu pan fo signalau diangen ychwanegol yn bresennol, fel gydag arbelydru golau cryf. I wneud hyn, mae angen perfformio mesuriad Hall gan ddefnyddio maes magnetig oscillaidd. Yn union fel wrth wrando ar y radio, mae angen i chi ddewis amlder yr orsaf a ddymunir, gan gael gwared ar yr holl amleddau eraill sy'n gweithredu fel sŵn. Mae'r dull CRPH yn mynd un cam ymhellach ac yn dewis nid yn unig yr amledd a ddymunir ond hefyd cam y maes magnetig oscillaidd gan ddefnyddio dull a elwir yn synhwyro cydamserol. Mae'r cysyniad hwn o fesur Neuadd oscillaidd wedi bod yn hysbys ers amser maith, ond roedd y dull traddodiadol o ddefnyddio system o coiliau electromagnetig i gynhyrchu maes magnetig oscillaidd yn aneffeithiol.
Darganfyddiad blaenorol
Fel sy'n digwydd yn aml mewn gwyddoniaeth, mae datblygiadau mewn un maes yn cael eu gyrru gan ddarganfyddiadau mewn maes arall. Yn 2015, adroddodd IBM Research ffenomen anhysbys o'r blaen mewn ffiseg sy'n gysylltiedig ag effaith cyfyngu maes magnetig newydd o'r enw effaith “twmpath camel”, sy'n digwydd rhwng dwy linell deupolau ardraws pan fyddant yn fwy na hyd critigol, fel y dangosir yn Ffigur 2a. Mae'r effaith yn nodwedd allweddol sy'n galluogi math newydd o fagl magnetig naturiol o'r enw trap llinell deupol cyfochrog (trap PDL), fel y dangosir yn Ffigur 2b. Gellir defnyddio trap PDL magnetig fel llwyfan newydd ar gyfer amrywiaeth o gymwysiadau synhwyro megis tiltmeter, seismometer (synhwyrydd daeargryn). Gallai systemau synhwyrydd newydd o’r fath, ynghyd â thechnolegau data mawr, agor llawer o gymwysiadau newydd, ac maent yn cael eu harchwilio gan dîm IBM Research sy’n datblygu llwyfan dadansoddi data mawr o’r enw Gwasanaeth Cadwrfa Integredig Dadansoddeg Corfforol IBM (PAIRS), sy’n cynnwys cyfoeth o geo-ofodol. a data Rhyngrwyd Pethau (IoT).
Yn syndod, mae gan yr un elfen PDL gymhwysiad unigryw arall. Pan gaiff ei gylchdroi, mae'n gweithredu fel system arbrawf ffoto-Neuadd ddelfrydol i gael osgiliad harmonig un cyfeiriad a phur o'r maes magnetig (Ffigur 2c). Yn bwysicach fyth, mae'r system yn darparu digon o le i ganiatáu goleuo ardal eang o'r sampl, sy'n hanfodol mewn arbrofion ffoto-Neuadd.
Dylanwad
Mae'r dull ffoto-neuadd newydd yr ydym wedi'i ddatblygu yn ein galluogi i dynnu swm anhygoel o wybodaeth o led-ddargludyddion. Mewn cyferbyniad â dim ond tri pharamedr a gafwyd yn y mesuriad Neuadd glasurol, mae'r dull newydd hwn yn cynhyrchu hyd at saith paramedr ym mhob un o'r dwyster golau a brofir. Mae hyn yn cynnwys symudedd electronau a thyllau; crynodiad eu cludwr dan ddylanwad golau; oes ailgyfuniad; a hyd trylediad ar gyfer electronau, tyllau a mathau ambipolar. Gellir ailadrodd hyn i gyd N gwaith (h.y. nifer y paramedrau arddwysedd golau a ddefnyddiwyd yn yr arbrawf).
Bydd y darganfyddiad a'r dechnoleg newydd hon yn helpu i hyrwyddo datblygiadau lled-ddargludyddion mewn technolegau presennol a rhai sy'n dod i'r amlwg. Bellach mae gennym y wybodaeth a'r offer sydd eu hangen i echdynnu nodweddion ffisegol deunyddiau lled-ddargludyddion yn fanwl iawn. Er enghraifft, bydd yn helpu i gyflymu datblygiad technoleg lled-ddargludyddion cenhedlaeth nesaf, megis paneli solar gwell, dyfeisiau optoelectroneg gwell, a deunyddiau a dyfeisiau newydd ar gyfer technolegau deallusrwydd artiffisial.
erthygl a gyhoeddwyd ar Hydref 7, 2019 yn .
Cyfieithu: Nikolay Marin (), Prif Swyddog Technoleg IBM yn Rwsia a'r gwledydd CIS.
Ffynhonnell: hab.com