JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.

logotypen

Joissakin korkealaatuisissa materiaaleissa, kuten grafeenissa, elektronit voivat kulkea mikronien etäisyyksillä ilman sirontaa. Tämä ns. ballistinen järjestelmä tuo maksimaalisen elektronien johtavuuden normaaliin metalliin.

Manchesterin yliopiston tutkijat yhteistyössä professorien Marco Polinin ja Leonid Levitovin kanssa ovat osoittaneet, että metallin perustason raja voidaan murtaa grafeenissa. Alan fysiikan kannalta vielä kiehtovampi on mekanismi, joka vastaa tästä ilmiöstä.

Manchesterin National Graphene -instituutissa tehdyt kokeelliset havainnot ovat tuoneet uutta ymmärtämystä grafeenin elektronivirtojen erikoisesta käyttäytymisestä.

Viime vuonna uusi kenttä kiinteän aineen fysiikassa, jota kutsuttiin nimellä "elektronin hydrodynamiikka", aiheutti valtavan tieteellisen kiinnostuksen. Kolme erilaista kokeilua osoitti, että tietyillä lämpötiloilla elektronit törmäävät toisiinsa niin usein, että ne alkavat kulkea kollektiivisesti kuten viskoosi neste.

Uusin tutkimus osoittaa, että tämä viskoosimainen tapa on vielä johtavampi kuin ballistiset elektronit. Tulos on varsin epätavallinen, koska tyypillisesti hajanaiset tapahtumat heikentävät elektronien liikettä kiteen sisällä. Kuitenkin, kun elektronit törmäilevät ahtaassa paikassa toisiinsa, ne alkavat työskennellä yhdessä ja helpottavat virran kulkua.

Tämä tapahtuu siksi, että jotkut elektronit pysyvät lähellä kiteen reunoja, joissa vauhdin heikkeneminen on vahvinta ja siten liikkuvat melko hitaasti. Samanaikaisesti ne suojaavat läheisiä elektroneja törmäämästä näihin alueisiin. Näin ollen jotkut elektronit tulevat super-ballistiseksi, koska niitä tavallaan ohjailevat kanavan reunoilla olevat.

Manchesterin sir Andre Geimin mukaan alan koulutus kertoo, että ylimääräinen häiriö kasvattaa sähkönkulun vastusta. - Meidän tapauksessamme elektronisironnan aiheuttama häiriö itse asiassa vähentää resistanssia lisääntymisen sijaan. Tämä on ainutlaatuista ja melko epätavallista: nestemäisyyden muodostuessa elektronit alkavat edetä nopeammin kuin jos ne olivat vapaita, kuten tyhjiössä.

Tutkijat mittasivat grafeenissa olevan supistuskohdan resistanssia ja havaitsivat sen vähenevän kasvavan lämpötilan suhteen. Seostetussa grafeenissa käytös muuttuu metallimaiseksi. Näin tutkijat tulivat paljastaneeksi uuden fysikaalisen olemuksen, jota he kutsuivat viskoosiseksi johtavuudeksi.

Tällainen eräänlainen paikallinen negatiivisen resistanssin Ilmiö löytyi grafeeniin tehdyistä supistuskohdista alle 150 kelvinin lämpötiloissa. Aiheeseen liittyvää teoriaa ehdotettiin aiemmin tänä vuonna tutkimustyössä, jota johti MIT:n fysiikan professori Leonid Levitov.

Teorian vahvistava työ osoittaa, että jatkossa on mahdollista käyttää uudenlaista elektronien vuorovaikutusta pienitehoisen elektroniikan suunnittelussa. Jatkossa Levitovin ryhmä aikoo tutkia näiden havaintojen vaikutuksia. Erityisesti he aikovat tutkia lämpöliikennettä uuden nestemekaniikan järjestelmässä.

- Näyttää siltä, että lämmönsiirto tässä uudessa järjestelmässä on myös hyvin yllättävä ja mielenkiintoisempi kuin alun perin ajateltiin. Tätä nestemekanismia voitaisiin käyttää lämpövirtojen säätämiseen elektronisissa systeemeissä uusilla tavoilla, toteaa Levitov.

Veijo Hänninen

Nanobittejä 29.8.2017

 
 

Kustomoitu piiri on täydellinen teollisen internetin sovelluksiin

Teollisen internetin tai IIoT:n (Industrial Internet of Things) tarkoitus on hyvin yksinkertainen: tehdä tuotantolaitoksista mahdollisimman tehokkaita optimoimalla kaikki operaatiot, joihin kuuluvat tuotanto, materiaalien hallinta ja ylläpito.

Lue lisää...

Mobiililaitteiden jännitenotkahdukset voidaan estää

Buck-boost-muuntimen hyödyntäminen esiregulaattorina mobiililaitteessa tarjoaa vakaasti säädetyn väyläjännitteen alijärjestelmien käyttöön. Esiregulaattori estää hetkelliset jännitenotkahdukset, kun akun napajännitteessä esiintyy vaihtelevan kuormavirran aiheuttamia jännitepudotuksia. Samalla se tarjoaa koko järjestelmälle entistä korkeamman hyötysuhteen.

Lue lisää...
 
ETN_fi Robots can´t do backflips, right? https://t.co/KtogoRB25R
ETN_fi Risto Siilasmaa of Nokia: Why you should study AI and Machine Learning and how I did it https://t.co/ifOQ9CtGn0
ETN_fi Electronics integrated in wooden panels? See https://t.co/9VcZEajv4l @TactoTek
ETN_fi 60% of iPhone X users feel that Face ID is better than Touch ID. Have you found Face ID to be an adequate successor… https://t.co/I2Lkl2dHVV
ETN_fi AI-puhelin tulee jatkuvasti älykkäämmäksi. See https://t.co/8D1pMumaYH @HuaweiMobileFI
 
 

ny template