ទម្លាយអាថ៌កំបាំងអាយុ ១៤០ ឆ្នាំក្នុងរូបវិទ្យា

ការបកប្រែអត្ថបទដោយអ្នកនិពន្ធមកពី IBM Research ។

របកគំហើញដ៏សំខាន់មួយនៅក្នុងរូបវិទ្យានឹងអនុញ្ញាតឱ្យយើងសិក្សាពីលក្ខណៈរូបវន្តនៃសារធាតុ semiconductors យ៉ាងលម្អិតបន្ថែមទៀត។ នេះអាចជួយពន្លឿនការអភិវឌ្ឍន៍បច្ចេកវិទ្យា semiconductor ជំនាន់ក្រោយ។

អ្នកនិពន្ធ៖
អូគី ហ្គូណាវ៉ាន - សមាជិកបុគ្គលិក IBM Research
Doug Bishop - វិស្វករលក្ខណៈ, ស្រាវជ្រាវ IBM

Semiconductors គឺជាបណ្តុំមូលដ្ឋាននៃយុគសម័យអេឡិចត្រូនិកឌីជីថលនាពេលបច្ចុប្បន្ននេះ ដែលផ្តល់ឱ្យយើងនូវឧបករណ៍ជាច្រើនប្រភេទដែលផ្តល់អត្ថប្រយោជន៍ដល់ជីវិតរបស់យើងនាពេលបច្ចុប្បន្ន ដូចជាកុំព្យូទ័រ ស្មាតហ្វូន និងឧបករណ៍ចល័តផ្សេងទៀត។ ការកែលម្អមុខងារ និងដំណើរការរបស់ semiconductor ក៏កំពុងបើកដំណើរការកម្មវិធី semiconductor ជំនាន់ក្រោយក្នុងការគណនា ការចាប់សញ្ញា និងការបំប្លែងថាមពល។ អ្នកស្រាវជ្រាវបានតស៊ូជាយូរណាស់មកហើយដើម្បីយកឈ្នះលើដែនកំណត់នៃសមត្ថភាពរបស់យើងក្នុងការយល់ដឹងពេញលេញអំពីបន្ទុកអេឡិចត្រូនិចនៅក្នុងឧបករណ៍ semiconductor និងសម្ភារៈ semiconductor កម្រិតខ្ពស់ដែលរារាំងសមត្ថភាពរបស់យើងក្នុងការឆ្ពោះទៅមុខ។

នៅក្នុងការសិក្សាថ្មីមួយនៅក្នុងទិនានុប្បវត្តិ ធម្មជាតិ កិច្ចសហការស្រាវជ្រាវដែលដឹកនាំដោយ IBM Research ពិពណ៌នាអំពីរបកគំហើញដ៏គួរឱ្យរំភើបមួយក្នុងការដោះស្រាយអាថ៌កំបាំងរូបវិទ្យាដែលមានអាយុកាល 140 ឆ្នាំ ដែលនឹងអនុញ្ញាតឱ្យយើងសិក្សាពីលក្ខណៈរូបវន្តនៃសារធាតុ semiconductors ឱ្យបានលម្អិតកាន់តែច្រើន និងអាចឱ្យមានការវិវឌ្ឍន៍នៃសម្ភារៈ semiconductor ថ្មី និងប្រសើរឡើង។

ដើម្បីយល់ច្បាស់អំពីរូបវិទ្យានៃសារធាតុ semiconductors ដំបូងយើងត្រូវយល់អំពីលក្ខណៈសម្បត្តិជាមូលដ្ឋានរបស់ឧបករណ៍ផ្ទុកបន្ទុកនៅក្នុងវត្ថុធាតុដើម ថាតើវាជាភាគល្អិតអវិជ្ជមាន ឬវិជ្ជមាន ល្បឿនរបស់វានៅក្នុងវាលអគ្គីសនីដែលបានអនុវត្ត និងថាតើពួកវាត្រូវបានផ្ទុកនៅក្នុងសម្ភារៈមានដង់ស៊ីតេប៉ុនណា។ រូបវិទូ Edwin Hall បានរកឃើញវិធីមួយដើម្បីកំណត់លក្ខណៈសម្បត្តិទាំងនេះនៅឆ្នាំ 1879 នៅពេលដែលគាត់បានរកឃើញថា វាលម៉ាញេទិកនឹងបង្វែរចលនានៃបន្ទុកអេឡិចត្រុងនៅក្នុង conductor ហើយបរិមាណនៃការផ្លាតអាចត្រូវបានវាស់ជាភាពខុសគ្នាដែលមានសក្តានុពលកាត់កែងទៅនឹងលំហូរទិសដៅនៃការចោទប្រកាន់។ ភាគល្អិតដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 1 ក។ វ៉ុលនេះ ត្រូវបានគេស្គាល់ថាជាវ៉ុល Hall បង្ហាញព័ត៌មានសំខាន់ៗអំពីឧបករណ៍ផ្ទុកបន្ទុកនៅក្នុង semiconductor រួមទាំងថាតើវាជាអេឡិចត្រុងអវិជ្ជមាន ឬ quasiparticles វិជ្ជមានហៅថា "រន្ធ" ល្បឿនដែលពួកគេផ្លាស់ទីក្នុងវាលអគ្គិសនី ឬ "ការចល័ត" របស់ពួកគេ (µ ) និងការផ្តោតអារម្មណ៍របស់ពួកគេ (n) នៅខាងក្នុង semiconductor ។

អាថ៌កំបាំងអាយុ 140 ឆ្នាំ។

ជាច្រើនទស្សវត្សរ៍បន្ទាប់ពីការរកឃើញរបស់ Hall អ្នកស្រាវជ្រាវក៏បានរកឃើញថាពួកគេអាចធ្វើការវាស់វែងនៃឥទ្ធិពល Hall ជាមួយនឹងពន្លឺ—ការពិសោធន៍ហៅថា photo-Hall សូមមើលរូបភាពទី 1b ។ នៅក្នុងការពិសោធន៍បែបនេះ ការបំភ្លឺពន្លឺបង្កើតក្រុមហ៊ុនបញ្ជូនច្រើន ឬគូរន្ធអេឡិចត្រុងនៅក្នុងឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិក។ ជាអកុសល ការយល់ដឹងរបស់យើងអំពីឥទ្ធិពល Hall ជាមូលដ្ឋានបានផ្តល់ការយល់ដឹងដល់តែក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនគិតប្រាក់ភាគច្រើន (ឬភាគច្រើន) ប៉ុណ្ណោះ។ អ្នកស្រាវជ្រាវមិនអាចទាញយកប៉ារ៉ាម៉ែត្រពីប្រព័ន្ធផ្សព្វផ្សាយទាំងពីរ (សំខាន់ និងមិនមែនសំខាន់) ក្នុងពេលដំណាលគ្នា។ ព័ត៌មានបែបនេះគឺជាគន្លឹះសម្រាប់កម្មវិធីដែលទាក់ទងនឹងពន្លឺជាច្រើនដូចជា បន្ទះស្រូបពន្លឺព្រះអាទិត្យ និងឧបករណ៍អុបតូអេឡិចត្រូនិចផ្សេងទៀត។

ការសិក្សារបស់ទស្សនាវដ្តី IBM Research ធម្មជាតិ លាតត្រដាងអាថ៌កំបាំងមួយដែលរក្សាទុកយូរនៃឥទ្ធិពល Hall ។ អ្នកស្រាវជ្រាវមកពីវិទ្យាស្ថានវិទ្យាសាស្ត្រ និងបច្ចេកវិទ្យាទំនើបកូរ៉េ (KAIST) វិទ្យាស្ថានស្រាវជ្រាវគីមីវិទ្យាកូរ៉េ (KRICT) សាកលវិទ្យាល័យ Duke និង IBM បានរកឃើញរូបមន្ត និងបច្ចេកទេសថ្មីដែលអនុញ្ញាតឱ្យយើងទាញយកព័ត៌មានក្នុងពេលដំណាលគ្នាអំពីមូលដ្ឋាន និងមិនមែនមូលដ្ឋាន។ ក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូន ដូចជាការផ្តោតអារម្មណ៍ និងការចល័តរបស់ពួកគេ ក៏ដូចជាទទួលបានព័ត៌មានបន្ថែមអំពីអាយុកាលនៃក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូន ប្រវែងនៃការសាយភាយ និងដំណើរការផ្សំឡើងវិញ។

ពិសេសជាងនេះទៅទៀត នៅក្នុងការពិសោធន៍ Photo-Hall ក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនទាំងពីរបានរួមចំណែកដល់ការផ្លាស់ប្តូរនៅក្នុង conductivity (σ) និង Hall coefficient (H សមាមាត្រទៅនឹងសមាមាត្រនៃវ៉ុល Hall ទៅដែនម៉ាញេទិក)។ ការយល់ដឹងសំខាន់ៗបានមកពីការវាស់វែងចរន្ត និងមេគុណ Hall ជាមុខងារនៃអាំងតង់ស៊ីតេពន្លឺ។ លាក់នៅក្នុងទម្រង់នៃខ្សែកោងមេគុណ Hall (σ-H) បង្ហាញព័ត៌មានថ្មីជាមូលដ្ឋាន៖ ភាពខុសគ្នានៃការចល័តនៃក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនទាំងពីរ។ ដូចដែលបានពិភាក្សានៅក្នុងអត្ថបទ ទំនាក់ទំនងនេះអាចត្រូវបានបង្ហាញយ៉ាងឆើតឆាយ៖

$$display$$ Δµ = d (σ²H)/dσ$$ display$$

ដោយចាប់ផ្តើមជាមួយនឹងដង់ស៊ីតេក្រុមហ៊ុនបញ្ជូនភាគច្រើនដែលគេស្គាល់ពីការវាស់វែង Hall ប្រពៃណីនៅក្នុងទីងងឹត យើងអាចបង្ហាញសម្រាប់ទាំងភាពចល័ត និងដង់ស៊ីតេនៃក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនភាគច្រើន និងភាគតិចដែលជាមុខងារនៃអាំងតង់ស៊ីតេពន្លឺ។ ក្រុម​នេះ​បាន​ដាក់​ឈ្មោះ​វិធី​វាស់វែង​ថ្មី​ថា​៖ Carrier-Resolved Photo Hall (CRPH)។ ជាមួយនឹងអាំងតង់ស៊ីតេនៃពន្លឺដែលគេស្គាល់ អាយុកាលនៃក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនអាចត្រូវបានបង្កើតឡើងតាមរបៀបស្រដៀងគ្នា។ ការតភ្ជាប់នេះ និងដំណោះស្រាយរបស់វាត្រូវបានលាក់អស់រយៈពេលជិតមួយសតវត្សកន្លះចាប់តាំងពីការរកឃើញឥទ្ធិពល Hall ។

ក្រៅពីភាពជឿនលឿនក្នុងការយល់ដឹងទ្រឹស្ដីនេះ ការជឿនលឿនក្នុងវិធីសាស្រ្តពិសោធន៍ក៏មានសារៈសំខាន់ផងដែរក្នុងការបើកវិធីសាស្ត្រថ្មីនេះ។ វិធីសាស្រ្តនេះតម្រូវឱ្យមានការវាស់វែងសុទ្ធនៃសញ្ញា Hall ដែលអាចពិបាកសម្រាប់សម្ភារៈដែលសញ្ញា Hall ខ្សោយ (ឧទាហរណ៍ ដោយសារការចល័តទាប) ឬនៅពេលដែលមានសញ្ញាដែលមិនចង់បានបន្ថែម ដូចជាការសាយភាយពន្លឺខ្លាំង។ ដើម្បីធ្វើដូច្នេះបាន ចាំបាច់ត្រូវធ្វើការវាស់វែង Hall ដោយប្រើវាលម៉ាញេទិចលំយោល។ ដូចគ្នានឹងពេលស្តាប់វិទ្យុដែរ អ្នកត្រូវជ្រើសរើសប្រេកង់នៃស្ថានីយ៍ដែលចង់បាន ដោយបោះបង់ប្រេកង់ផ្សេងទៀតទាំងអស់ដែលដើរតួជាសំលេងរំខាន។ វិធីសាស្ត្រ CRPH ទៅមួយជំហានទៀត ហើយជ្រើសរើសមិនត្រឹមតែប្រេកង់ដែលចង់បានប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែក៏ជាដំណាក់កាលនៃវាលម៉ាញេទិកលំយោល ដោយប្រើវិធីសាស្ត្រហៅថា synchronous sensing។ គោលគំនិតនៃការវាស់ស្ទង់លំយោលនេះត្រូវបានគេស្គាល់ជាយូរមកហើយ ប៉ុន្តែវិធីសាស្ត្រប្រពៃណីនៃការប្រើប្រាស់ប្រព័ន្ធនៃឧបករណ៏អេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិចដើម្បីបង្កើតវាលម៉ាញេទិកលំយោលគឺគ្មានប្រសិទ្ធភាពទេ។

ការរកឃើញពីមុន

ដូចដែលកើតមានជាញឹកញាប់នៅក្នុងវិទ្យាសាស្ត្រ ការជឿនលឿននៅក្នុងតំបន់មួយត្រូវបានជំរុញដោយការរកឃើញនៅក្នុងផ្នែកមួយទៀត។ ក្នុងឆ្នាំ 2015 ការស្រាវជ្រាវរបស់ IBM បានរាយការណ៍ពីបាតុភូតដែលមិនស្គាល់ពីមុននៅក្នុងរូបវិទ្យាដែលត្រូវបានផ្សារភ្ជាប់ជាមួយនឹងឥទ្ធិពលនៃការបង្ខាំងដែនម៉ាញេទិកថ្មីដែលហៅថា "ឥទ្ធិពលអូដ្ឋ" ដែលកើតឡើងរវាងបន្ទាត់ពីរនៃ dipoles ឆ្លងកាត់នៅពេលដែលវាលើសពីប្រវែងដ៏សំខាន់មួយ ដូចដែលបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2a ។ បែបផែនគឺជាលក្ខណៈសំខាន់ដែលអាចឱ្យអន្ទាក់ម៉ាញេទិកធម្មជាតិប្រភេទថ្មីហៅថា អន្ទាក់បន្ទាត់ឌីប៉ូលប៉ារ៉ាឡែល (PDL trap) ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2 ខ។ អន្ទាក់ PDL ម៉ាញេទិកអាចត្រូវបានប្រើជាវេទិកាប្រលោមលោកសម្រាប់កម្មវិធីជាច្រើនដូចជា tiltmeter, seismometer (ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញារញ្ជួយដី) ។ ប្រព័ន្ធឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាថ្មីបែបនេះ រួមជាមួយនឹងបច្ចេកវិទ្យាទិន្នន័យធំ អាចបើកកម្មវិធីថ្មីជាច្រើន ហើយកំពុងត្រូវបានស្វែងរកដោយក្រុមស្រាវជ្រាវ IBM ដែលបង្កើតវេទិកាវិភាគទិន្នន័យធំមួយដែលមានឈ្មោះថា IBM Physical Analytics Integrated Repository Service (PAIRS) ដែលមានផ្ទុកនូវភូមិសាស្ត្រជាច្រើន និង Internet of Things data (IoT)។

គួរឱ្យភ្ញាក់ផ្អើល, ធាតុ PDL ដូចគ្នាមានកម្មវិធីតែមួយគត់ផ្សេងទៀត។ នៅពេលបង្វិល វាបម្រើជាប្រព័ន្ធពិសោធន៍រូបថត-សាលដ៏ល្អមួយ ដើម្បីទទួលបានលំយោលអាម៉ូនិកមួយទិស និងសុទ្ធនៃវាលម៉ាញេទិក (រូបភាពទី 2 គ)។ សំខាន់ជាងនេះទៅទៀត ប្រព័ន្ធផ្តល់កន្លែងគ្រប់គ្រាន់ដើម្បីអនុញ្ញាតឱ្យមានការបំភ្លឺនៃផ្ទៃធំទូលាយនៃគំរូ ដែលមានសារៈសំខាន់ក្នុងការពិសោធន៍រូបថត-សាល។

ឥទ្ធិពល។

វិធីសាស្រ្តថ្មីនៃសាលរូបភាពដែលយើងបានបង្កើតអនុញ្ញាតឱ្យយើងទាញយកចំនួនដ៏អស្ចារ្យនៃព័ត៌មានពី semiconductors ។ ផ្ទុយទៅនឹងប៉ារ៉ាម៉ែត្រតែបីប៉ុណ្ណោះដែលទទួលបាននៅក្នុងការវាស់ស្ទង់សាលបុរាណ វិធីសាស្ត្រថ្មីនេះផ្តល់លទ្ធផលរហូតដល់ប្រាំពីរប៉ារ៉ាម៉ែត្រនៅអាំងតង់ស៊ីតេពន្លឺនីមួយៗដែលបានសាកល្បង។ នេះរួមបញ្ចូលទាំងការចល័តនៃអេឡិចត្រុងនិងរន្ធ; ការផ្តោតអារម្មណ៍នៃក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនរបស់ពួកគេនៅក្រោមឥទ្ធិពលនៃពន្លឺ; ការផ្សំឡើងវិញពេញមួយជីវិត; និងប្រវែងនៃការសាយភាយសម្រាប់អេឡិចត្រុង រន្ធ និងប្រភេទ ambipolar ។ ទាំងអស់នេះអាចត្រូវបានធ្វើម្តងទៀត N ដង (ឧទាហរណ៍ចំនួននៃប៉ារ៉ាម៉ែត្រអាំងតង់ស៊ីតេពន្លឺដែលត្រូវបានប្រើក្នុងការពិសោធន៍) ។

របកគំហើញថ្មី និងបច្ចេកវិជ្ជានេះ នឹងជួយជំរុញការជឿនលឿនរបស់ semiconductor ទាំងក្នុងបច្ចេកវិទ្យាដែលមានស្រាប់ និងកំពុងរីកចម្រើន។ ឥឡូវនេះយើងមានចំណេះដឹង និងឧបករណ៍ដែលត្រូវការដើម្បីទាញយកលក្ខណៈរូបវន្តនៃសម្ភារៈ semiconductor យ៉ាងលម្អិត។ ជាឧទាហរណ៍ វានឹងជួយពន្លឿនការអភិវឌ្ឍន៍បច្ចេកវិទ្យា semiconductor ជំនាន់ក្រោយ ដូចជាបន្ទះសូឡាដែលប្រសើរជាង ឧបករណ៍អុបតូអេឡិចត្រូនិចកាន់តែប្រសើរ និងសម្ភារៈ និងឧបករណ៍ថ្មីសម្រាប់បច្ចេកវិទ្យាបញ្ញាសិប្បនិម្មិត។

ដើម អត្ថបទចុះ​ផ្សាយ​នៅ​ថ្ងៃ​ទី​៧ ខែ​តុលា ឆ្នាំ​២០១៩ ប្លុកស្រាវជ្រាវ IBM.
ការបកប្រែ៖ នីកូឡៃ ម៉ារិន (នីកូឡៃម៉ារិន), ប្រធានផ្នែកបច្ចេកវិទ្យា IBM នៅប្រទេសរុស្ស៊ី និងបណ្តាប្រទេស CIS ។

ប្រភព: www.habr.com