செமிகண்டக்டிங் பிரமிடில் எக்ஸிடான்கள் விளிம்பிற்குச் செல்கின்றன

ஒரு சிலிக்கான் டை ஆக்சைடு பிரமிட்டின் வண்ணமயமான அணு விசை நுண்ணோக்கி படம், அதன் மீது டங்ஸ்டன் டிசெலினைட்டின் ஒற்றை அடுக்குடன் மூடப்பட்டிருக்கும். பச்சைக் கோடு என்பது எக்ஸிடான் விநியோகத்தின் வரைபடமாகும், மேலும் சிவப்பு அம்பு பிரமிட்டின் அடிப்பகுதியில் இருந்து அதன் பாதையைக் காட்டுகிறது. மேற்பரப்பு மற்றும் பிரமிடில் உள்ள வண்ணங்கள் அந்த இடத்தின் உயரத்தைக் குறிக்கின்றன. படம்: எக்ஸிடோனிக்ஸ் & ஃபோட்டானிக்ஸ் லேப் மற்றும் குவாண்டம் சயின்ஸ் தியரி லேப், மிச்சிகன் பல்கலைக்கழகம்.

மிச்சிகன் பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்களால் உருவாக்கப்பட்ட எக்ஸிடான்களை நகர்த்துவதற்கான ஒரு புதிய வகையான ‘வயர்’, அறை வெப்பநிலை குவாண்டம் கணினிகள் உட்பட, ஒரு புதிய வகை சாதனங்களுக்கு வழிவகுக்கும். மேலும் என்னவென்றால், ஐன்ஸ்டீனின் உறவின் வியத்தகு மீறலையும் ஆராய்ச்சியாளர்கள் கவனித்தனர், இது விண்வெளியில் துகள்கள் எவ்வாறு பரவுகிறது என்பதை விவரிக்கிறது, மேலும் முன்பு முடிந்ததை விட மிகச் சிறிய தொகுப்புகளில் எக்ஸிடான்களை நகர்த்துவதற்கு அதைப் பயன்படுத்தியது.

“இயற்கையானது ஒளிச்சேர்க்கையில் எக்ஸிடான்களைப் பயன்படுத்துகிறது. OLED டிஸ்ப்ளேக்கள் மற்றும் சில LEDகள் மற்றும் சூரிய மின்கலங்களில் எக்ஸிடான்களைப் பயன்படுத்துகிறோம்,” என்று ACS Nano இல் இந்த வேலை பற்றிய ஒரு கட்டுரையின் இணை ஆசிரியரும் மின் மற்றும் கணினி பொறியியல் இணைப் பேராசிரியருமான Parag Deotare கூறினார். “எக்ஸிடான்களை நாம் விரும்பும் இடத்திற்கு நகர்த்தும் திறன், ஏற்கனவே எக்ஸிடான்களைப் பயன்படுத்தும் சாதனங்களின் செயல்திறனை மேம்படுத்தவும், எக்ஸிடோனிக்ஸ்களை கம்ப்யூட்டிங்கில் விரிவுபடுத்தவும் உதவும்.”

ஒரு எக்ஸிடானை ஒரு துகள் என்று கருதலாம், அது உண்மையில் ஒரு பொருளின் லட்டியில் (ஒரு ‘துளை’) நேர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட வெற்று இடத்துடன் இணைக்கப்பட்ட ஒரு எலக்ட்ரான், எனவே இது ஒரு குவாசிபார்டிகல் என்று அழைக்கப்படுகிறது. ஒரு எக்ஸிடானுக்கு நிகர மின் கட்டணம் இல்லை என்பதால், நகரும் எக்ஸிடான்கள் ஒட்டுண்ணி கொள்ளளவால் பாதிக்கப்படுவதில்லை, இது ஆற்றல் இழப்பை ஏற்படுத்தும் சாதனத்தில் உள்ள அண்டை கூறுகளுக்கு இடையேயான மின் தொடர்பு. எக்ஸிடான்களை ஒளியாக மாற்றுவதும் எளிதானது, எனவே அவை எலக்ட்ரானிக்ஸ் அல்லாமல் ஒளியியல் மற்றும் எக்ஸிடோனிக்ஸ் ஆகியவற்றின் கலவையைப் பயன்படுத்தும் மிக வேகமான மற்றும் திறமையான கணினிகளுக்கான வழியைத் திறக்கின்றன.

மின் மற்றும் கணினி பொறியியல் பேராசிரியரும் காகிதத்தின் இணை ஆசிரியருமான மக்கிலோ கிரா கருத்துப்படி, இந்த கலவையானது அறை வெப்பநிலை குவாண்டம் கம்ப்யூட்டிங்கில் பயன்படுத்தப்படலாம். எக்ஸிடான்கள் குவாண்டம் தகவலை குறியாக்கம் செய்ய முடியும், மேலும் செமிகண்டக்டருக்குள் எலக்ட்ரான்களை விட நீண்ட நேரம் அவை தொங்க முடியும். ஆனால் அந்த நேரம் இன்னும் பைக்கோசெகண்டுகளில் (10-12 வினாடிகள்) சிறப்பாக அளவிடப்படுகிறது, எனவே கிரா மற்றும் பிறர் தகவலைச் செயலாக்க ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர் பருப்புகளை (10-15 வினாடிகள்) எவ்வாறு பயன்படுத்துவது என்பதைக் கண்டுபிடித்துள்ளனர்.

“முழு குவாண்டம்-தகவல் பயன்பாடுகள் சவாலானதாகவே இருக்கின்றன, ஏனெனில் குவாண்டம் தகவலின் சிதைவு சாதாரண மின்னணுவியலுக்கு மிக வேகமாக உள்ளது” என்று கிரா கூறினார். “மிக வேகமான செயலாக்க திறன்களுடன் எக்ஸிடோனிக்குகளை சூப்பர்சார்ஜ் செய்வதற்கான வழிமுறையாக நாங்கள் தற்போது ஒளி-அலை மின்னணுவியலை ஆராய்ந்து வருகிறோம்.”

இருப்பினும், நிகர கட்டணம் இல்லாததால் எக்ஸிடான்களை நகர்த்துவது மிகவும் கடினமாகிறது. முன்னதாக, செமிகண்டக்டர்கள் மூலம் எக்ஸிடான்களை தள்ள ஒலி அலைகளைப் பயன்படுத்தும் ஒரு ஆய்வுக்கு டியோட்டரே தலைமை தாங்கினார். இந்த ஆய்வில், அரைக்கடத்திப் பொருளில் மூடப்பட்டிருக்கும் ஒரு பிரமிடு அமைப்பு, சிறிய எண்ணிக்கையிலான எக்ஸிடான்களை ஒரு கம்பி போன்ற ஒரு பரிமாணத்தில் அடைப்பதன் மூலம் மிகவும் துல்லியமான போக்குவரத்தை அடைய முடியும் என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் காட்டினர்.

அவர்கள் ஒரு லேசரைப் பயன்படுத்தி பிரமிட்டின் அடிப்பகுதியின் ஒரு மூலையில் எக்ஸிடான்களின் மேகத்தை உருவாக்கினர், குறைக்கடத்திப் பொருளின் வேலன்ஸ் பேண்டிலிருந்து எலக்ட்ரான்களை கடத்தல் பட்டைக்குள் குதித்தனர். ஆனால் எதிர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட எலக்ட்ரான்கள் வேலன்ஸ் பேண்டில் விடப்பட்ட நேர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துளைகளுக்கு இன்னும் ஈர்க்கப்படுகின்றன. செமிகண்டக்டிங் பொருள் என்பது டங்ஸ்டன் டிசெலினைட்டின் ஒரு அடுக்கு ஆகும், வெறும் மூன்று அணுக்கள் தடிமனாக, பிரமிட்டின் மேல் நீட்டப்பட்ட துணியைப் போல மூடப்பட்டிருக்கும். மற்றும் செமிகண்டக்டரில் உள்ள நீட்டிப்பு, எக்ஸிடான்கள் அனுபவிக்கும் ஆற்றல் நிலப்பரப்பை மாற்றுகிறது.

முக்கியமாக புவியீர்ப்பு விசையால் நிர்வகிக்கப்படும் ஆற்றல் நிலப்பரப்பை கற்பனை செய்தால், பிரமிட்டின் விளிம்பில் சவாரி செய்து அதன் உச்சத்தில் நிலைநிறுத்த எக்ஸிடான்களால் சாத்தியமற்றதாகத் தெரிகிறது. ஆனால் ஆற்றல் நிலப்பரப்பு உண்மையில் குறைக்கடத்தியின் வேலன்ஸ் மற்றும் கடத்தல் பட்டைகள் எவ்வளவு தொலைவில் உள்ளன என்பதன் மூலம் நிர்வகிக்கப்படுகிறது. செமிகண்டக்டரின் பேண்ட் இடைவெளி எனப்படும் இரண்டிற்கும் இடையே உள்ள ஆற்றல் இடைவெளி, குறைக்கடத்தி நீட்டப்படும் இடத்தில் சுருங்குகிறது. எக்ஸிடான்கள் மிகக் குறைந்த ஆற்றல் நிலைக்கு இடம்பெயர்வதால், அவை பிரமிட்டின் விளிம்பில் செலுத்தப்படுகின்றன, பின்னர் அவை அதன் உச்சத்திற்கு உயர்கின்றன.

பொதுவாக, ஐன்ஸ்டீனால் எழுதப்பட்ட ஒரு சமன்பாடு துகள்களின் கொத்து எவ்வாறு வெளிப்புறமாக பரவுகிறது மற்றும் நகர்கிறது என்பதை விவரிப்பதில் சிறந்தது. ஆனால் குறைக்கடத்தியில் குறைபாடுகள் உள்ளன, அவை சில எக்ஸிடான்களை நகர்த்தும்போது அவற்றைப் பிடிக்கும் பொறிகளாக செயல்படுகின்றன. எக்ஸிடான் மேகத்தின் பின்பகுதியில் உள்ள குறைபாடுகள் நிரப்பப்பட்டதால், கணித்தபடி விநியோகத்தின் அந்தப் பக்கம் வெளிப்புறமாக பரவியது. இருப்பினும், முன்னணி விளிம்பு இதுவரை நீடிக்கவில்லை. ஐன்ஸ்டீனின் உறவு 10 மடங்கு அதிகமாக இருந்தது.

“ஐன்ஸ்டீன் தவறு என்று நாங்கள் கூறவில்லை, ஆனால் இது போன்ற சிக்கலான சந்தர்ப்பங்களில், பரவலில் இருந்து எக்ஸிடான்களின் இயக்கத்தை கணிக்க அவரது உறவைப் பயன்படுத்தக்கூடாது என்பதை நாங்கள் காட்டியுள்ளோம்” என்று மின் மற்றும் ஆராய்ச்சி ஆய்வாளர் மத்தியாஸ் ஃப்ளோரியன் கூறினார். கம்ப்யூட்டர் இன்ஜினியரிங், கிரா கீழ் பணிபுரிபவர், மற்றும் காகிதத்தின் இணை முதல் ஆசிரியர்.

A colorized atomic force microscopy image of a silicon dioxide pyramid with a single layer of tungsten diselenide draped over it. The green line is a graph of the exciton distribution, and the red arrow shows its path from the bottom of the pyramid. The colors on the surface and pyramid indicate the height at that location. Image: Excitonics & Photonics Lab and Quantum Science Theory Lab, University of Michigan.

Source link

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *