Fysikere arbejder på at formindske mikrochips med det første endimensionelle heliummodelsystem

Fysikere ved Indiana University og University of Tennessee har knækket koden for at gøre mikrochips mindre, og nøglen er helium.

Mikrochips er overalt, kører computere og biler og hjælper endda folk med at finde tabte kæledyr. Efterhånden som mikrochips bliver mindre, hurtigere og i stand til at gøre flere ting, skal de ledninger, der leder elektricitet til dem, følge trop. Men der er en fysisk grænse for, hvor små de kan blive – medmindre de er designet anderledes.

"I et traditionelt system, når du sætter flere transistorer på, bliver ledningerne mindre," sagde Paul Sokol, professor ved IU Bloomington College of Arts and Sciences' Fysikafdeling. "Men under nydesignede systemer er det som at indeslutte elektronerne i et endimensionelt rør, og den adfærd er helt anderledes end en almindelig ledning."

For at studere partiklernes opførsel under disse omstændigheder, samarbejdede Sokol med en fysikprofessor ved University of Tennessee, Adrian Del Maestro, for at skabe et modelsystem af elektronik pakket ind i et endimensionelt rør.

Deres resultater blev for nylig offentliggjort i Nature Communications .

Parret brugte helium til at skabe et modelsystem til deres undersøgelse, fordi dets interaktioner med elektroner er velkendte, og det kan gøres ekstremt rent, sagde Sokol. Der var dog problemer med at bruge helium i et endimensionelt rum, den første var, at ingen nogensinde havde gjort det før.

"Tænk på det som et auditorium," sagde Sokol. "Folk kan bevæge sig rundt på mange forskellige måder. Men i en lang, smal hal kan ingen bevæge sig forbi nogen andre, så den adfærd bliver anderledes. Vi udforsker den adfærd, hvor alle er indespærret i en række. Den store fordel ved at bruge en heliummodel er, at vi kan gå fra at have meget få mennesker i hallen til at have det pakket. Vi kan udforske hele fysikkens rækkevidde med dette system, hvilket intet andet system lader os gøre."

At skabe et endimensionelt heliummodelsystem gav også mange andre udfordringer for forskerne. Hvis de forsøgte at lave et rør, der er lille nok til at holde helium, for eksempel, var det for svært at foretage målinger.

Det var også umuligt at bruge teknikker som neutronspredning, en kraftfuld metode, der involverede brugen af ​​en reaktor eller accelerator, der genererer en stråle af neutroner til at indsamle detaljerede oplysninger om partikeladfærd i et endimensionelt system.

På den anden side kunne de lave meget lange rør ved hjælp af specialglas dyrket omkring skabelonmolekyler, men hullerne var ikke store nok til at begrænse helium til én dimension.

"Du skal bogstaveligt talt lave et rør, der kun er et par atomer bredt," sagde Del Maestro. "Ingen normal væske ville nogensinde strømme gennem et så smalt rør, da friktion ville forhindre det."

For at løse denne udfordring har teamet nano-designet et materiale ved at tage briller, der har endimensionelle kanaler og belægge dem med argon for at belægge overfladen og lave en mindre kanal. De kunne derefter lave prøver, der ville indeholde en masse helium og understøtte brugen af ​​teknikker som neutronspredning for at få detaljerede oplysninger om systemet.

Med den eksperimentelle realisering af endimensionelt helium har Del Maestro og Sokol åbnet en vigtig ny vej for denne forskning.

Dernæst planlægger holdet at bruge dette nye modelsystem til at studere helium ved høj tæthed – sammenlignelig med elektroner i en tynd ledning – og lave tætheder – sammenlignelig med endimensionelle arrays af atomer, der bruges i kvanteinformationsvidenskab.

De planlægger også at udvikle andre nanomanipulerede materialer, såsom cæsiumbelagte porer, hvor helium ikke våder cæsiumoverfladen. Dette ville yderligere reducere interaktionen mellem det indelukkede helium og omverdenen og give et mere ideelt system til at udfordre nye teorier. + Udforsk yderligere

Hybridstofs overraskende adfærd:Antistofatomer i superflydende helium