Iwwersetzung vun engem Artikel vun Auteuren vun IBM Research.
E wichtegen Duerchbroch an der Physik erlaabt eis d'physikalesch Charakteristike vun de Hallefleit a vill méi Detail ze studéieren. Dëst kann hëllefen d'Entwécklung vun der nächster Generatioun Hallefleittechnologie ze beschleunegen.
D'Auteuren:
- Staff Member, IBM Research
Doug Bishop - Charakteriséierungsingenieur, IBM Fuerschung
Semiconductors sinn d'Basis Bausteng vun der heiteger digitaler elektronescher Zäit, déi eis eng Vielfalt vun Apparater ubidden, déi eist modernt Liewen profitéieren, wéi Computeren, Smartphones an aner mobilen Apparater. Verbesserungen an der Hallefleitfunktionalitéit an der Leeschtung erlaben och d'nächst Generatioun Hallefleitapplikatiounen am Informatik, Sensing an Energiekonvertéierung. Fuerscher hu laang gekämpft fir d'Limitatiounen an eiser Fäegkeet ze iwwerwannen fir d'elektronesch Ladungen an Hallefleitgeräter a fortgeschratt Hallefleitmaterialien voll ze verstoen, déi eis Fäegkeet zréckhalen fir no vir ze goen.
An enger neier Etude am Journal Eng Fuerschungszesummenaarbecht gefouert vun IBM Research beschreift e spannenden Duerchbroch bei der Léisung vun engem 140-Joer-ale Mystère an der Physik, een deen eis erlaabt d'physikalesch Charakteristike vun de Hallefleitungen a vill méi Detail ze studéieren an d'Entwécklung vun neien a verbesserten Hallefleitmaterialien z'erméiglechen.
Fir d'Physik vun de Hallefleit wierklech ze verstoen, musse mir als éischt d'fundamental Eegeschafte vu Ladungsdréier bannent Materialien verstoen, egal ob se negativ oder positiv Partikelen sinn, hir Geschwindegkeet an engem ugewandte elektresche Feld, a wéi dicht se am Material gepackt sinn. De Physiker Edwin Hall huet e Wee fonnt fir dës Eegeschaften am Joer 1879 ze bestëmmen, wéi hien entdeckt huet datt e Magnéitfeld d'Bewegung vun Elektronenladungen an engem Dirigent oflenkt, an datt d'Quantitéit vun der Oflehnung gemooss ka ginn als de Potenzialënnerscheed senkrecht zum Richtungsfloss vum geluedenen Partikel, wéi an der Figur 1a gewisen. Dës Spannung, bekannt als Hall Spannung, verréid bedeitend Informatioun iwwer d'Laaschtdréier am Hallefleit, och ob se negativ Elektronen oder positiv Quasipartikelen genannt "Lächer" sinn, wéi séier se an engem elektresche Feld bewegen, oder hir "Mobilitéit" (µ) ), an hir Konzentratioun (n) am Hallefleit.
140 Joer ale Geheimnis
Joerzéngte no der Entdeckung vun Hall, Fuerscher entdeckt och datt si Miessunge vun der Hall Effekt mat Liicht-Experimenter maachen kéint Foto-Hall, gesinn Figur 1b. An esou Experimenter generéiert d'Liichtbeliichtung multiple Carrieren, oder Elektronen-Lach-Paren, an Hallefleit. Leider huet eist Verständnis vun der Basis Hall Effekt Abléck an nëmmen d'Majoritéit (oder Majoritéit) Chargeur geliwwert. D'Fuerscher konnten net Parameteren aus béide Medien (Major an Net-Major) gläichzäiteg extrahéieren. Esou Informatioun ass Schlëssel fir vill Liicht-verbonne Uwendungen, wéi Solarpanneauen an aner optoelektronesch Apparater.
IBM Fuerschung Magazin Etude verréid ee vun de laang gehalene Geheimnisser vum Hall Effekt. Fuerscher vum Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT), Duke University, an IBM hunn eng nei Formel an Technik entdeckt, déi eis gläichzäiteg Informatioun iwwer d'Basis an Net-Basis extrahéiert. Träger, wéi hir Konzentratioun a Mobilitéit, souwéi zousätzlech Informatioun iwwer d'Liewensdauer vum Träger, Diffusiounslängt an de Rekombinatiounsprozess kréien.
Méi spezifesch, an engem Photo-Hall Experiment, béid Träger droen zu Ännerungen an der Konduktivitéit (σ) an Hall Koeffizient (H, proportional zum Verhältnis vun der Hallspannung zum Magnéitfeld) bäi. Schlëssel Abléck kommen aus Mooss Konduktivitéit an Hall Koeffizient als Funktioun vun Liichtjoer Intensitéit. Verstoppt an der Form vun der Konduktivitéit-Hall Koeffizientkurve (σ-H) weist grondsätzlech nei Informatioun: den Ënnerscheed an der Mobilitéit vu béiden Träger. Wéi am Artikel diskutéiert, kann dës Relatioun elegant ausgedréckt ginn:
$$display$$ Δµ = d (σ²H)/dσ$$display$$
Ugefaange mat enger bekannter Majoritéit Carrier Dicht vun enger traditioneller Hallemiessung am Däischteren, kënne mir souwuel fir d'Majoritéit wéi och d'Minoritéit Carrier Mobilitéit an Dicht als Funktioun vun der Liichtintensitéit verroden. D'Team huet déi nei Miessmethod genannt: Carrier-Resolved Photo Hall (CRPH). Mat enger bekannter Intensitéit vun der Liichtbeliichtung kann d'Liewensdauer vum Träger op eng ähnlech Manéier etabléiert ginn. Dës Verbindung a seng Léisunge sinn zënter bal annerhallef Joerhonnert verstoppt zënter der Entdeckung vum Halleffekt.
Ausser Fortschrëtter an dësem theoretesche Verständnis, Fortschrëtter an experimentell Methoden sinn och kritesch fir dës nei Method z'erméiglechen. D'Method erfuerdert eng reng Miessung vum Hall-Signal, wat schwiereg ka sinn fir Materialien, wou d'Hall-Signal schwaach ass (zum Beispill wéinst gerénger Mobilitéit) oder wann zousätzlech ongewollte Signaler präsent sinn, wéi mat staarker Liichtbestralung. Fir dëst ze maachen, ass et néideg eng Hall Miessung mat engem oszilléierend Magnéitfeld ze Leeschtunge. Just wéi wann Dir op de Radio lauschtert, musst Dir d'Frequenz vun der gewënschter Statioun auswielen, all aner Frequenzen ewechhuelen, déi als Kaméidi handelen. D'CRPH Method geet ee Schrëtt méi wäit a wielt net nëmmen déi gewënscht Frequenz, mee och d'Phas vum oszilléierende Magnéitfeld mat enger Method déi Synchron Sensing genannt gëtt. Dëst Konzept vun oszilléierend Hall Miessung ass laang bekannt, mä déi traditionell Method vun engem System vun elektromagnéiteschen coils benotzt fir eng oszilléieren Magnéitfeld Generéiere war net effikass.
Virdrun Entdeckung
Wéi dacks an der Wëssenschaft geschitt, ginn Fortschrëtter an engem Gebitt duerch Entdeckungen an engem aneren gedriwwen. Am Joer 2015 huet IBM Research e virdru onbekannt Phänomen an der Physik gemellt, verbonne mat engem neie Magnéitfeldbegrenzungseffekt, deen den "Camel Hump" Effekt genannt gëtt, deen tëscht zwou Linnen vu transversale Dipole geschitt wann se eng kritesch Längt iwwerschreiden, wéi an der Figur 2a gewisen. Den Effekt ass eng Schlësselfunktioun déi eng nei Aart vun der natierlecher magnetescher Trap erméiglecht, déi eng parallel Dipole Linn Trap (PDL Trap) genannt gëtt, wéi an der Figur 2b gewisen. Magnéitesch PDL Fal kann als nei Plattform fir eng Vielfalt vu Senséierungsapplikatioune benotzt ginn, wéi Tiltmeter, Seismometer (Äerdbiewensensor). Esou nei Sensorsystemer, gekoppelt mat Big Data Technologien, kéinte vill nei Uwendungen opmaachen, a gi vun der IBM Research Team exploréiert déi eng Big Data Analytics Plattform mam Numm IBM Physical Analytics Integrated Repository Service (PAIRS) entwéckelt, déi e Räichtum vu geospatialen enthält. an Internet of Things Daten. (IoT).
Iwwerraschend huet datselwecht PDL Element eng aner eenzegaarteg Applikatioun. Wann et rotéiert ass, déngt et als en ideale Foto-Hall Experimentsystem fir eng unidirektional a reng harmonesch Schwéngung vum Magnéitfeld ze kréien (Figur 2c). Méi wichteg ass de System genuch Plaz fir d'Beliichtung vun engem breet Gebitt vun der Probe z'erméiglechen, wat kritesch ass bei Photo-Hall Experimenter.
Impakt
Déi nei Photo-Hall-Method, déi mir entwéckelt hunn, erlaabt eis eng erstaunlech Quantitéit un Informatioun aus Halbleiteren ze extrahieren. Am Géigesaz zu nëmmen dräi Parameteren, déi an der klassescher Hallmiessung kritt goufen, gëtt dës nei Method bis zu siwe Parameteren op jiddereng vun de getestene Liichtintensitéiten. Dëst beinhalt d'Mobilitéit vu béiden Elektronen a Lächer; d'Konzentratioun vun hirem Träger ënner dem Afloss vum Liicht; Rekombinatioun Liewensdauer; an Diffusioun Längt fir Elektronen, Lächer an ambipolar Zorte. All dëst kann N mol widderholl ginn (dh d'Zuel vun de Liichtintensitéit Parameteren am Experiment benotzt).
Dës nei Entdeckung an Technologie hëlleft Halbleiter Fortschrëtter a béid existent an opkomende Technologien. Mir hunn elo d'Wëssen an d'Tools déi néideg sinn fir déi physesch Charakteristike vun Hallefleitmaterialien am Detail ze extrahieren. Zum Beispill wäert et hëllefen d'Entwécklung vun der nächster Generatioun Hallefleittechnologie ze beschleunegen, wéi besser Solarpanneauen, besser optoelektronesch Geräter, an nei Materialien an Apparater fir kënschtlech Intelligenz Technologien.
Artikel publizéiert de 7. Oktober 2019 an .
Iwwersetzung: Nikolai Marin (), Chief Technology Officer IBM a Russland an den CIS Länner.
Source: will.com