Тарҷумаи мақолаи муаллифони IBM Research.
Муваффакияти мухими физика ба мо имконият медихад, ки характеристикахои физикии нимнокилхоро хеле муфассалтар омузем. Ин метавонад ба тезонидани рушди технологияи насли ояндаи нимноқил мусоидат кунад.
Муаллифон:
— Аъзои корманд, Research IBM
Дуг Бишоп - Муҳандиси тавсиф, IBM Research
Нимноқилҳо блокҳои асосии асри электронии рақамӣ мебошанд, ки ба мо дастгоҳҳои гуногунеро пешкаш мекунанд, ки ба ҳаёти муосири мо, аз қабили компютерҳо, смартфонҳо ва дигар дастгоҳҳои мобилӣ фоидаоваранд. Такмили функсияҳо ва иҷрои нимноқилҳо инчунин имкон медиҳад, ки барномаҳои насли ояндаи нимноқилҳо дар ҳисоббарорӣ, ҳассос ва табдили энергия. Муҳаққиқон муддати тӯлонӣ барои бартараф кардани маҳдудиятҳои қобилияти мо барои пурра дарк кардани зарядҳои электронии дохили дастгоҳҳои нимноқилӣ ва маводи пешрафтаи нимноқил, ки қобилияти моро барои пеш рафтан бозмедоранд, мубориза мебаранд.
Дар як тадқиқоти нав дар маҷалла Ҳамкории тадқиқотӣ таҳти сарварии IBM Research як пешравии ҳаяҷонбахшро дар ҳалли як асрори 140-сола дар физика тавсиф мекунад, ки он ба мо имкон медиҳад, ки хусусиятҳои физикии нимноқилҳоро ба таври муфассалтар омӯхта, барои таҳияи маводи нав ва такмилёфтаи нимноқилҳо имкон диҳад.
Барои ҳақиқӣ фаҳмидани физикаи нимноқилҳо, мо бояд аввал хусусиятҳои асосии интиқолдиҳандагони зарядро дар дохили мавод, хоҳ онҳо зарраҳои манфӣ ё мусбат, суръати онҳо дар майдони электрикии татбиқшаванда ва чӣ гуна зич дар дохили мавод ҷойгиранд, фаҳмем. Физик Эдвин Холл роҳи муайян кардани ин хосиятҳоро дар соли 1879 пайдо кард, вақте ки ӯ кашф кард, ки майдони магнитӣ ҳаракати зарядҳои электронҳоро дар дохили ноқил кашиш медиҳад ва миқдори каҷро метавон ҳамчун фарқияти потенсиалии перпендикуляр ба ҷараёни самти заряднок чен кард. заррачахое, ки дар расми 1а нишон дода шудаанд. Ин шиддат, ки бо номи шиддати Хол маълум аст, маълумоти муҳимро дар бораи интиқолдиҳандагони заряд дар нимноқил ошкор мекунад, аз он ҷумла электронҳои манфӣ ё квазизаррачаҳои мусбат бо номи "сӯрохиҳо", чӣ гуна суръати онҳо дар майдони барқ ҳаракат мекунанд ё "мобилияти" онҳо (µ). ), ва консентратсияи онҳо (n) дар дохили нимноқил.
Сирри 140-сола
Даҳсолаҳо пас аз кашфи Хол, муҳаққиқон инчунин кашф карданд, ки онҳо метавонанд эффекти Холро бо нур чен кунанд - таҷрибаҳое, ки фото-Холл номида мешаванд, нигаред ба расми 1b. Дар чунин таҷрибаҳо, равшании рӯшноӣ дар нимноқилҳо интиқолдиҳандаҳои сершумор ё ҷуфтҳои сӯрохи электрониро ба вуҷуд меорад. Мутаассифона, фаҳмиши мо дар бораи эффекти асосии Холл танҳо дар бораи аксар (ё аксарият) интиқолдиҳандагони заряд фаҳмиш фароҳам овард. Муҳаққиқон натавонистанд ҳамзамон параметрҳоро аз ҳарду васоити ахбори омма (асосӣ ва ғайри асосӣ) гиранд. Чунин маълумот барои бисёре аз барномаҳои марбут ба рӯшноӣ, аз қабили панелҳои офтобӣ ва дигар дастгоҳҳои оптоэлектронӣ калид аст.
Таҳқиқоти маҷаллаи IBM Research яке аз асрори деринаи эффекти Холро фош мекунад. Муҳаққиқони Донишкадаи Илм ва Технологияи Пешқадами Корея (KAIST), Институти Тадқиқоти Технологияи Кимиёвии Корея (KRICT), Донишгоҳи Дюк ва IBM формула ва техникаи наверо кашф карданд, ки ба мо имкон медиҳад ҳамзамон маълумотро дар бораи маълумоти асосӣ ва ғайриасосиро истихроҷ кунем. интиқолдиҳандагон, аз қабили консентратсия ва ҳаракатнокии онҳо, инчунин маълумоти иловагӣ дар бораи умри интиқолдиҳанда, дарозии диффузия ва раванди рекомбинатсия ба даст меоранд.
Аниқтараш, дар таҷрибаи фото-Холл ҳарду интиқолдиҳанда ба тағирёбии ноқилӣ (σ) ва коэффисиенти Хол (H, мутаносибан ба таносуби шиддати Хол ба майдони магнитӣ) мусоидат мекунанд. Андешаҳои калидӣ аз чен кардани ноқилӣ ва коэффисиенти Холл ҳамчун функсияи шиддатнокии рӯшноӣ пайдо мешаванд. Дар шакли хатти коэффисиенти ноқилӣ-Холл (σ-Н) пинҳоншуда маълумоти принципиал навро нишон медиҳад: фарқияти ҳаракати ҳарду интиқолдиҳанда. Тавре ки дар мақола муҳокима карда мешавад, ин муносибатро метавон ба таври зебо баён кард:
$$дисплей$$ Δμ = d (σ²H)/dσ$$дисплей$$
Аз зичии маълуми интиқолдиҳандагони аксарият аз андозагирии анъанавии Холл дар торикӣ сар карда, мо метавонем ҳам барои ҳаракат ва зичии интиқолдиҳандагони аксарият ва ақаллият ҳамчун функсияи шиддатнокии рӯшноӣ ошкор кунем. Даста усули нави ченкуниро номид: Толори аксбардории ҳалкунанда (CRPH). Бо шиддати маълуми равшании рӯшноӣ, умри интиқолдиҳанда метавонад ба ҳамин тариқ муқаррар карда шавад. Ин робита ва роҳҳои ҳалли он аз замони кашфи эффекти Холл тақрибан якуним аср пинҳон буд.
Ба ғайр аз пешрафтҳо дар ин фаҳмиши назариявӣ, пешрафтҳо дар усулҳои таҷрибавӣ низ барои имкон додани ин усули нав муҳиманд. Ин усул ченкунии холиси сигнали Холро талаб мекунад, ки он метавонад барои маводҳое, ки сигнали Холл заиф аст (масалан, аз сабаби кам ҳаракат кардан) ё ҳангоми мавҷуд будани сигналҳои иловагии номатлуб, ба монанди шуоъдиҳии нури сахт душвор буда метавонад. Барои ин ченкунии Холро бо истифода аз майдони магнитии чархзананда гузаронидан лозим аст. Мисли он ки ҳангоми гӯш кардани радио, шумо бояд басомади истгоҳи дилхоҳро интихоб кунед ва ҳама басомадҳои дигарро, ки ҳамчун садо амал мекунанд, дур кунед. Усули CRPH як қадами дигарро пеш мебарад ва на танҳо басомади дилхоҳ, балки фазаи майдони магнитии ларзишро бо истифода аз усули ҳассоси синхронӣ интихоб мекунад. Ин мафхуми ченкунии ларзиши Холл кайхо боз маълум аст, вале усули анъанавии истифода бурдани системаи печхои электромагнитй барои тавлиди майдони магнитии ларзиш бесамар буд.
Бозёфтҳои қаблӣ
Тавре ки аксар вақт дар илм рӯй медиҳад, пешрафтҳо дар як соҳа аз кашфиёт дар соҳаи дигар сурат мегиранд. Дар соли 2015, IBM Research як падидаи қаблан номаълумро дар физика гузориш дод, ки бо эффекти нави маҳдудкунии майдони магнитӣ алоқаманд аст, ки эффекти "теппаи шутур" номида мешавад, ки дар байни ду хати диполҳои кундаланг ҳангоми аз дарозии критикӣ зиёд шудани онҳо ба амал меояд, тавре ки дар расми 2а нишон дода шудааст. Эффект хусусияти калидӣ мебошад, ки имкон медиҳад, ки як намуди нави доми магнитии табииро бо номи доми хати параллелии диполӣ (доми PDL), тавре ки дар расми 2b нишон дода шудааст, фароҳам меорад. Домаи магнитии PDL метавонад ҳамчун платформаи нав барои барномаҳои гуногуни ҳассос, аз қабили тилтметр, сейсмометр (сенсори заминларза) истифода шавад. Чунин системаҳои нави сенсорӣ, дар якҷоягӣ бо технологияҳои бузурги додаҳо, метавонанд барномаҳои навро кушоянд ва аз ҷониби гурӯҳи тадқиқотии IBM таҳқиқ карда мешаванд, ки платформаи бузурги таҳлилии додаҳоро бо номи IBM Physical Analytics Integrated Repository Service (PAIRS) таҳия мекунанд, ки дорои сарвати географӣ мебошанд. ва маълумотҳои Интернети ашё (IoT).
Тааҷҷубовар аст, ки ҳамон як унсури PDL як барномаи беназири дигар дорад. Ҳангоми гардиш он ҳамчун системаи беҳтарини таҷрибавии фото-холл барои ба даст овардани ларзиши гармоникии яктарафа ва холиси майдони магнитӣ хизмат мекунад (расми 2в). Муҳимтар аз ҳама, система фазои кофӣ фароҳам меорад, то майдони васеи намунаро равшан кунад, ки дар таҷрибаҳои Photo-Hall муҳим аст.
Таъсири
Усули нави фото-холл, ки мо кор карда баромадем, ба мо имкон медихад, ки аз нимнокилхо микдори ачоиб ах-бор барорем. Баръакси танҳо се параметре, ки дар ченкунии классикии Холл ба даст оварда шудааст, ин усули нав то ҳафт параметр дар ҳар як шиддатнокии рӯшноӣ санҷида мешавад. Ин ҳаракати ҳам электронҳо ва ҳам сӯрохиҳоро дар бар мегирад; консентратсияи интиқолдиҳандаи онҳо дар зери таъсири нур; умри рекомбинатсия; ва дарозии диффузия барои электронҳо, сӯрохиҳо ва намудҳои амбиполярӣ. Ҳамаи инро N маротиба такрор кардан мумкин аст (яъне шумораи параметрҳои шиддатнокии рӯшноӣ, ки дар таҷриба истифода мешаванд).
Ин кашфиёт ва технологияи нав ба пешрафти нимноқилҳо дар ҳам технологияҳои мавҷуда ва ҳам пайдошуда мусоидат мекунад. Ҳоло мо дониш ва асбобҳои заруриро дорем, ки хусусияти физикии материалҳои нимноқилро муфассалтар ба даст орем. Масалан, он ба тезондани инкишофи технологияи насли ояндаи нимноқил, аз қабили панелҳои беҳтари офтобӣ, беҳтар кардани дастгоҳҳои оптоэлектронӣ, мавод ва дастгоҳҳои нав барои технологияҳои зеҳни сунъӣ кӯмак хоҳад кард.
мақолае, ки 7 октябри соли 2019 нашр шудааст .
тарҷумаи: Николай Марин (), Сармутахассиси технологияи IBM дар Русия ва кишварҳои ИДМ.
Манбаъ: will.com