{"id":38844,"date":"2019-10-31T22:26:19","date_gmt":"2019-10-31T19:26:19","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/raskryvaya-140-letnij-sekret-v-fizike\/"},"modified":"2019-10-31T22:26:19","modified_gmt":"2019-10-31T19:26:19","slug":"raskryvaya-140-letnij-sekret-v-fizike","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/it\/blog\/novosti-interneta\/raskryvaya-140-letnij-sekret-v-fizike","title":{"rendered":"Svelando un segreto di 140 anni nella fisica","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

Traduzione dell'articolo degli autori di IBM Research.<\/p>\n

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Una importante svolta nella fisica consentir\u00e0 di studiare le caratteristiche fisiche dei semiconduttori con molta pi\u00f9 dettagliata. Questo potrebbe accelerare lo sviluppo della tecnologia dei semiconduttori di prossima generazione.<\/em><\/p>\n

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\"Svelando<\/p>\n

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Autori:
\nOki Gunawan<\/a><\/noindex> \u2014 Membro dello staff, IBM Research
\nDoug Bishop \u2014 Ingegnere di caratterizzazione, IBM Research<\/p>\n

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I semiconduttori sono i blocchi fondamentali dell'odierno era digitale ed elettronica, fornendo una variet\u00e0 di dispositivi che apportano benefici alla nostra vita moderna, come computer, smartphone e altri dispositivi mobili. I miglioramenti nella funzionalit\u00e0 e nelle prestazioni dei semiconduttori consentono anche applicazioni di prossima generazione per elaborazione, riconoscimento e conversione dell'energia. Da tempo i ricercatori cercano di superare i limiti della nostra capacit\u00e0 di comprendere completamente le cariche elettriche all'interno dei dispositivi semiconduttori e dei materiali semiconduttori avanzati, che ostacolano la nostra possibilit\u00e0 di progredire ulteriormente.<\/p>\n

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In una nuova ricerca pubblicata su Nature<\/a><\/noindex> La ricerca congiunta guidata da IBM Research descrive una straordinaria svolta nella rivelazione di un mistero di 140 anni della fisica, che ci permetter\u00e0 di esplorare le caratteristiche fisiche dei semiconduttori in modo molto pi\u00f9 dettagliato e di favorire lo sviluppo di nuovi materiali semiconduttori avanzati.<\/p>\n

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Per comprendere realmente la fisica dei semiconduttori, dobbiamo prima esplorare le propriet\u00e0 fondamentali dei portatori di carica all'interno dei materiali, siano essi particelle negative o positive, la loro velocit\u00e0 in un campo elettrico applicato e quanto siano densamente impacchettati nel materiale. Il fisico Edwin Hall scopr\u00ec un modo per determinare queste propriet\u00e0 nel 1879, quando scopr\u00ec che un campo magnetico devia il movimento delle cariche elettroniche all'interno di un conduttore e che questa deviazione pu\u00f2 essere misurata come una differenza di potenziale perpendicolare al flusso diretto delle particelle cariche, come mostrato nella figura Figure 1a. Questa tensione, conosciuta come tensione di Hall, offre informazioni significative sui portatori di carica nel semiconduttore, incluso se sono elettroni negativi o quasicorpi positivi chiamati \u201clacune\u201d, la loro velocit\u00e0 nel campo elettrico, o la loro \u201cmobilit\u00e0\u201d (\u00b5), e la loro concentrazione (n) all'interno del semiconduttore.<\/p>\n

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\"Svelando<\/p>\n

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Un mistero di 140 anni<\/h4>\n

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Decenni dopo la scoperta dell'effetto Hall, i ricercatori hanno anche trovato la possibilit\u00e0 di effettuare misurazioni dell'effetto Hall utilizzando la luce \u2014 esperimenti noti come foto-Hall, vedi figura Figure 1b. In tali esperimenti, l'illuminazione induce la generazione di molteplici portatori o coppie elettrone-buco nei semiconduttori. Sfortunatamente, la nostra comprensione dell'effetto Hall fondamentale ha fornito solo nozioni sui principali portatori di carica (o portatori dominanti). I ricercatori non sono stati in grado di estrarre simultaneamente i parametri di entrambi i portatori (principale e secondario). Tali informazioni sono cruciali per molte applicazioni relative alla luce, come i pannelli solari e altri dispositivi optoelettronici.<\/p>\n

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Ricerca di IBM Research pubblicata su Nature<\/a><\/noindex> rivela uno dei segreti a lungo custoditi dell'effetto Hall. I ricercatori del Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), del Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT), dell'Universit\u00e0 di Duke e di IBM hanno scoperto una nuova formula e una tecnica che ci permettono di estrarre simultaneamente informazioni sul portatore principale e secondario, come la loro concentrazione e mobilit\u00e0, oltre a fornire ulteriori dettagli sulla durata di vita del portatore, sulla lunghezza di diffusione e sul processo di ricombinazione.<\/p>\n

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In particolare, nell'esperimento del foto-Hall, entrambi i portatori contribuiscono ai cambiamenti nella conducibilit\u00e0 (\u03c3) e nel coefficiente di Hall (H, proporzionale al rapporto tra la tensione di Hall e il campo magnetico). La comprensione chiave deriva dalla misurazione della conducibilit\u00e0 e del coefficiente di Hall come funzione dell'intensit\u00e0 della luce. Nascosto nella forma della curva conducibilit\u00e0-coefficiente di Hall (\u03c3-H) c'\u00e8 un'informazione sostanzialmente nuova: la differenza nella mobilit\u00e0 dei due portatori. Come discusso nell'articolo, questa relazione pu\u00f2 essere espressa in modo elegante: <\/p>\n

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$$display$$ \u0394\u00b5 = d (\u03c3\u00b2H)\/d\u03c3$$display$$<\/p>\n

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Partendo dalla densit\u00e0 nota dei portatori dalla maggior parte delle tradizionali misurazioni di Hall al buio, possiamo rivelare sia la mobilit\u00e0 sia la densit\u00e0 dei portatori come funzione dell'intensit\u00e0 della luce. Il team ha denominato il nuovo metodo di misura: foto-Hall risolto per portatore (Carrier-Resolved Photo Hall, CRPH). Con l'intensit\u00e0 della luce nota, la vita media del portatore pu\u00f2 essere stabilita in modo simile. Questa relazione e le relative soluzioni sono rimaste celate per quasi un secolo e mezzo, sin dalla scoperta dell'effetto Hall.<\/p>\n

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Oltre ai successi nella comprensione teorica, i risultati nelle metodologie sperimentali sono fondamentali per garantire questo nuovo approccio. Il metodo richiede una misura del segnale di Hall pura, che pu\u00f2 essere difficile per materiali in cui il segnale di Hall \u00e8 debole (ad esempio, a causa della bassa mobilit\u00e0) o quando ci sono segnali indesiderati, come sotto un forte irraggiamento luminoso. Per questo, \u00e8 necessario effettuare una misura di Hall utilizzando un campo magnetico oscillante. Proprio come per sintonizzarsi su una stazione radio, \u00e8 essenziale selezionare la frequenza desiderata, scartando tutte le altre frequenze che funzionano come rumore. Il metodo CRPH fa un passo avanti, selezionando non solo la frequenza desiderata, ma anche la fase del campo magnetico oscillante attraverso un metodo chiamato definizione sincronizzata. Questa concezione della misura di Hall oscillante era gi\u00e0 da tempo nota, ma il metodo tradizionale, che utilizza un sistema di bobine elettromagnetiche per generare un campo magnetico oscillante, si \u00e8 rivelato inefficace.<\/p>\n

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\"Svelando<\/p>\n

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Scoperta precedente<\/h4>\n

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Spesso nella scienza, i progressi in un campo sono causati da scoperte in un altro. Nel 2015, IBM Research ha riportato un fenomeno sconosciuto in fisica, legato a un nuovo effetto di intrappolamento del campo magnetico, chiamato effetto \"gobbo del cammello\", che si verifica tra due linee di dipoli trasversali quando superano una lunghezza critica, come mostrato nella figura 2a. L'effetto \u00e8 una caratteristica chiave che offre un nuovo tipo di trappola magnetica naturale, chiamata trappola a dipolo parallelo (parallel dipole line trap, PDL trap), come illustrato nella figura 2b. La trappola PDL magnetica pu\u00f2 essere utilizzata come la pi\u00f9 recente piattaforma per diverse applicazioni sensoriali, come un inclinometro e un sismometro (sensore per terremoti). Questi nuovi sistemi di sensori, insieme alle tecnologie dei big data, possono aprire a molte nuove applicazioni e sono oggetto di studio da parte del team di IBM Research, che sta sviluppando una piattaforma di analisi dei big data chiamata IBM Physical Analytics Integrated Repository Service (PAIRS), che contiene una vasta gamma di dati geospaziali e dati dell'Internet delle cose (IoT).<\/p>\n

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Incredibilmente, lo stesso elemento PDL ha anche un'altra applicazione unica. Quando \u00e8 in rotazione, funge da sistema ideale per l'esperimento Hall fotoelettrico, creando un'oscillazione magnetica armoniosa e unidirezionale (vedi figura 2c). \u00c8 importante notare che il sistema offre spazio sufficiente per illuminare un'ampia area del campione, un aspetto critico negli esperimenti Hall.<\/p>\n

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Impatto<\/h4>\n

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Il nuovo metodo sviluppato per il Hall fotoelettrico ci consente di estrarre un sorprendente volume di informazioni dai semiconduttori. A differenza dei soli tre parametri ottenuti nelle misurazioni Hall classiche, questo nuovo approccio porta fino a sette parametri per ciascuna delle intensit\u00e0 luminose testate. Questo include la mobilit\u00e0 sia degli elettroni che delle lacune; la concentrazione dei portatori sotto l'illuminazione; il tempo di vita della ricombinazione; e la lunghezza di diffusione per elettroni, lacune e tipo ambipolare. Tutto ci\u00f2 pu\u00f2 essere ripetuto N volte (cio\u00e8 il numero di parametri di intensit\u00e0 della luce utilizzati nell'esperimento). <\/p>\n

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Questa nuova scoperta e tecnologia contribuiranno a far avanzare i progressi nei semiconduttori sia nelle tecnologie esistenti che in quelle emergenti. Abbiamo ora conoscenze e strumenti necessari per estrarre le caratteristiche fisiche dei materiali semiconduttori con grande dettaglio. Ad esempio, ci\u00f2 aiuter\u00e0 ad accelerare lo sviluppo della tecnologia dei semiconduttori di nuova generazione, come i migliori pannelli solari, i dispositivi optoelettronici avanzati e nuovi materiali e dispositivi per le tecnologie dell'intelligenza artificiale.<\/p>\n

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Originale <\/a><\/noindex>articolo pubblicato il 7 ottobre 2019 in blog di IBM Research<\/a><\/noindex>.
\nTraduzione: Nikolai Marin<\/strong> (NikolayMarin<\/a><\/noindex>), Chief Technology Officer IBM in Russia e nei paesi della CSI.<\/p>\n

Fonte: habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"

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