التحكم الطوبولوجي للإلكترونات (كما هو موضح في السيارات الزرقاء والحمراء) في الجرافين ثنائي الطبقة.

قواعد المرور الجديدة في "مدينة الجرافين"

في إطار السعي لإيجاد طرق جديدة لتوسيع نطاق الإلكترونيات إلى ما وراء استخدام السليكون ، يقوم الفيزيائيون بتجربة خواص أخرى للإلكترونات ، بخلاف الشحن. في العمل الذي نُشر اليوم (7 ديسمبر) في مجلة ساينس العلمية ، يصف فريق بقيادة أستاذ الفيزياء في ولاية بنسلفانيا جون تشو طريقة للتلاعب بالإلكترونات على أساس طاقتها فيما يتعلق بالزخم - يسمى "درجة الحرية في الوادي".الم تتلون فيه الإلكترونات باللون الأحمر أو الأزرق ، كما أن الطرق التي تسير بها الإلكترونات ملونة أو حمراء اللون أيضًا. ولا يُسمح للإلكترونات بالسير على الطرق من نفس اللون ، أن الإلكترون الأزرق سيتحول إلى إلكترون أحمر للسفر على الطريق الأحمر. "

قبل عامين ، أظهر فريق تشو أن بإمكانهم بناء طرق ذات اتجاهين مشفرة بالألوان في مادة تسمى الجرافين ثنائي الطبقة. وبسبب ترميز الألوان ، فإن هذه الطرق طوبولوجية. في الدراسة الحالية ، أجرى الباحثون تقاطعًا رباعي الاتجاه حيث يتم تشغيل ترميز الألوان للطرق على الجانب الآخر. لذلك ، لديك موقف تكون فيه سيارة زرقاء متجهة إلى الشمال متجهة إلى هذا التقاطع وتكتشف أنه على الجانب الآخر من التقاطع ، تكون الطرق الشمالية متلونة باللون الأحمر. إذا كان الإلكترون لا يستطيع تغيير اللون ، فإنه ممنوع من السفر إلى الأمام.

هذه الطرق هي في الواقع موجات الإلكترون الموجية التي تم إنشاؤها بواسطة بوابات محددة بدقة متناهية باستخدام ليثوجرافي شعاع الإلكترون الأكثر حداثة. والألوان هي في الواقع مؤشر الوادي للسيارات ، ويتم التحكم في ترميز الألوان للطرق من خلال طوبولوجيا أدلة الموجات ، وهو ما يتشابه مع قواعد القيادة اليسرى واليسارية في مختلف البلدان. يتطلب تغيير لون السيارات "تشتيتًا بين الوادي" ، والذي يتم تقليله إلى الحد الأدنى في التجربة لتمكين التحكم في حركة المرور من العمل.

وقال تشو "ما حققناه هنا هو صمام وادي طوبولوجي يستخدم آلية جديدة للتحكم في تدفق الالكترون". "هذا جزء من حقل إلكتروني متطور يدعى فاليونترونيكس. في تجربتنا ، التحكم في الطوبولوجيا - قفل زخم الإلكترونات في الوادي - هو ما جعله يعمل."

في الدراسة ، سأل الباحثون أين ستذهب السيارة المجازية الزرقاء إذا لم يكن بإمكانها السفر إلى الأمام؟

وقال المؤلف الرئيسي جينغ لي ، طالب الدكتوراه السابق في جامعة زهو ، وهو الآن زميل ما بعد الدكتوراة في مختبر لوس ألاموس الوطني: "سيتعين أن يتحول إما إلى اليسار أو اليمين".

"لدينا طرق إضافية للتحكم في حركة المرور - عن طريق تحريك الحارة بشكل أقرب تقريبًا من الدوران الأيمن أو الأيسر ، يمكن ضبط النسبة المئوية للإلكترونات / السيارات التي تتحول إلى اليمين أو اليسار بسلاسة لتصبح 60 بالمائة في اتجاه واحد ، و 40 بالمائة للطريقة الأخرى أو أي مجموعة أخرى من النسب المئوية ".

ويسمى هذا الجزء المتحكم فيه بـ "مقسم الحزمة" ، وهو أمر شائع بالنسبة للضوء ولكنه لا يتم إنجازه بسهولة باستخدام الإلكترونات. وقال تشو ولى انهما متحمسان لهذه السيطرة التى حققاها للطرق المشفرة بالالوان ، حيث انها تمكن من اجراء تجارب اكثر تقدما على الطريق.

وقال لى "إن إنشاء الجهاز يتطلب العديد من الخطوات والطباعة الحجرية ذات الشعاع الالكترونى المعقدة إلى حد ما". "الحمد لله ، مكنت منشأة بنوتري المتطورة ذات التقنية العالية بالإضافة إلى فريق من موظفي الدعم المحترفين من القيام بكل ذلك."

سيكون التحدي التالي لفريق تشو هو محاولة بناء أجهزتهم للعمل في درجة حرارة الغرفة بدلاً من درجات الحرارة الباردة جداً التي يحتاجونها حالياً. وقال تشو إنه من الممكن القيام بذلك ، لكنه يمثل تحديا.

وقال تشو "النهج الذي اتبعناه لجعل هذا الجهاز قابل للتوسع." "إذا توفرت طبقة الجرافين الثنائية الطبقة الكبيرة ونيتريد البورون سداسية ، فمن المحتمل أن نجعل مدينة من الطرق الطوبولوجية والإلكترونات المكوكية إلى الأماكن التي تحتاج إلى الذهاب إليها ، وكل ذلك بدون مقاومة. سيكون ذلك رائعاً