Dette er, hvad der sker, når lagdelte materialer skubbes til randen

Lagdelte materialer, såsom grafen og overgangsmetal dichalcogenider (TMD'er), har tiltrukket sig betydelig opmærksomhed i de seneste år på grund af deres unikke egenskaber og potentielle anvendelser på forskellige områder. Men når disse materialer skubbes til randen, kan de udvise bemærkelsesværdig og uventet adfærd. Her er nogle spændende fænomener, der kan opstå, når lagdelte materialer udsættes for ekstreme forhold:

Quantum Hall Effect:

Ved meget lave temperaturer og i nærvær af stærke magnetiske felter kan lagdelte materialer udvise Quantum Hall Effect (QHE). Dette fænomen resulterer i kvantisering af elektrisk ledningsevne, hvor ledningsevnen antager specifikke diskrete værdier. QHE opstår på grund af dannelsen af ​​lokaliserede elektroniske tilstande nær materialets kanter, som er påvirket af magnetfeltet.

Superledningsevne:

Nogle lagdelte materialer, såsom interkaleret grafit og visse TMD'er, har vist sig at udvise superledning, når de afkøles til ekstremt lave temperaturer. Superledning er et materiales evne til at lede elektricitet med nul modstand. I lagdelte materialer kan superledning opstå på grund af interaktioner mellem elektroner i lagene og de interkalerede arter eller defekter.

Mott Insulator Transition:

Lagdelte materialer kan gennemgå en overgang fra en metallisk tilstand til en Mott-isolatortilstand, når elektronkorrelationerne i materialet bliver stærke. I Mott-isolatortilstanden bliver materialet elektrisk isolerende på grund af lokaliseringen af ​​elektroner. Denne overgang er drevet af Coulomb-frastødningen mellem elektroner, som overvinder den kinetiske energi, der normalt ville tillade fri bevægelse af elektroner.

Excitonisk isolatortilstand:

I visse lagdelte halvledere, såsom overgangsmetal dichalcogenider, kan en excitonisk isolatortilstand dannes ved lave temperaturer. I denne tilstand bliver elektroner og huller (fraværet af elektroner) tæt bundet sammen for at danne excitoner, som effektivt er neutrale kvasipartikler. Den excitoniske isolatortilstand hindrer transporten af ​​ladningsbærere, hvilket resulterer i en isolerende adfærd.

Valleytronics:

Lagdelte materialer, især TMD'er, har unikke elektroniske båndstrukturer, der giver anledning til dalens frihedsgrader. Dale er områder i momentumrum, hvor lednings- og valensbåndene berører hinanden, og de kan selektivt befolkes med elektroner eller huller. Denne egenskab muliggør dalbaseret elektronik eller valleytronics, som involverer manipulation af dalindekser til informationslagring og -behandling.

Topologisk isolatortilstand:

некоторых слоистых материалов могут проявлять топологическое состояние изолятора. Это состояние возникает из-за наличия топологически защищенных поверхностных состояний, которически защищенных поверхностных состояний, которые сепя ектов в материале. Топологические изоляторы обладают уникальными свойствами, такими как спиновая поляризация поляризация пойствами фект Холла.

At skubbe lagdelte materialer til ekstreme forhold kan afsløre disse fascinerende fænomener, give ny indsigt i disse materialers grundlæggende fysik og bane vejen for potentielle teknologiske anvendelser. Disse ekstreme forhold kan opnås ved hjælp af forskellige midler, såsom lave temperaturer, høje tryk, stærke magnetiske felter eller kemiske modifikationer, som hver især kan inducere tydelige ændringer i materialets egenskaber. Ved at udforske disse ekstreme regimer sigter forskerne på at låse op for nye funktionaliteter og manipulere materialeegenskaber med hidtil uset præcision, hvilket fører til fremskridt inden for områder som elektronik, spintronik og kvantecomputere.