Løsning af gåden med 2D-forstyrrelser

Når spillere forsøger at løse ordspil, forsøger de at sammensætte spor for at finde løsningen. Selvfølgelig hjælper det at have et stærkt ordforråd, men at finde de rigtige svar på disse gåder handler lige så meget om logik og strategi, som det handler om at være en ordsmed.

Ved hjælp af en overraskende sammenlignelig proces sammensatte et tværfagligt team af Northwestern Engineering-forskere en metode til at bestemme, hvordan forskellige 2D-materialer reagerer på uorden – test af nogle materialer, der muligvis kan erstatte silicium i nye transistorer og sensorer.

"Analysemetoden vil føre til en bedre forståelse af forstyrrelsespotentialer i 2D-materialer for at hjælpe med at lave hurtigere transistorer samt bedre gassensorer, der lettere kan skelne mellem forskellige gasser," siger Matthew Grayson, professor i elektro- og computerteknik ved McCormick School of Engineering, og en af ​​undersøgelsens forfattere.

ærgrede sig i papiret "Field-effect Conductivity Scaling for Two-dimensional Materials with Tunable Impurity Density" offentliggjort 16. juni i tidsskriftet 2D Materials , udviklede efterforskerne en metode til at bestemme fingeraftrykket af den tilstødende lidelse set af et 2D-materiale.

Vinayak Dravid, Abraham Harris professor i materialevidenskab og -teknik, og Mark Hersam, Walter P. Murphy professor i materialevidenskab og -teknik, bidrog også til indsatsen. Chulin Wang, en ph.d. kandidat i Graysons forskningsgruppe, var papirets første forfatter.

I videnskaben refererer lidelse til ufuldkommenheder eller nærliggende ladninger, der kan sprede en elektrons ellers lige vej. 2D-materialer som grafen er særligt modtagelige for nærliggende lidelser, fordi de bogstaveligt talt er flere atomer tykke, højst

"Karakterisering af lidelser er altafgørende for at forstå og forbedre ydeevnen af ​​2D-materialer," sagde Grayson. "Dette papir viser, at der eksisterer en universel kurve, der fungerer som et fingeraftryk af den lidelse. Selvom forskellige doser af lidelse ser ud til at resultere i helt forskellig adfærd, repræsenterer disse adfærd alle individuelle tråde i et samlet gobelin."

Det er her ligheden kommer i mellem den videnskab og spil, du spiller på din telefon eller trykte avis.

Ved at bruge 2D-materialeprøver udviklet af Hersam- og Dravid-grupperne implementerede Grayson og hans team en ny metode til at måle elektriske ledningsevnekurver ved hjælp af en kryostat, en enhed, der bevarer prøver ved lave temperaturer til mikroskopisk undersøgelse. Ved stuetemperatur kan de ladninger, der udgør uorden, frit flytte rundt, indtil de når ligevægt, men når de fryses i kryostaten, fryses lidelsen på plads.

Hver individuel ledningsevnekurve ligner en puslespilsbrik. Forskerne brugte derefter en empirisk regel til at samle alle kurverne, indtil de dannede et komplet billede.

Lyder det bekendt?

De brugte derefter fysiske argumenter til at forstå, hvorfor denne regel fungerer så godt, som den gør. Som et resultat løste de gåden om, hvordan hvert af de undersøgte materialer reagerer på en bestemt klasse af ufuldkommenheder.

"Den imponerende kontinuitet i dette billede, da alle puslespilsbrikkerne var på plads, inspirerede os til at grave dybere ned i fysikken for at forstå, hvad den underliggende årsag må være til denne adfærd," sagde Grayson. "Den samme mentalitet, som den brede offentlighed bruger til at løse deres daglige Wordle eller krydsord, anvendes her."

Disse resultater har også konsekvenser for forskning i 2D-materialer fremadrettet.

"I stedet for at se individuelle enheder lavet af de samme 2D-materialer som en masse puslespilsbrikker, der hver især skal studeres uafhængigt, kan du nu finde, hvor en given prøve passer ind i det tidligere løste puslespil," sagde Grayson, "så at hver enkelt person stykket genkendes øjeblikkeligt som en del af et større billede. + Udforsk yderligere

Metoden analyserer uensartede ledere med et magnetfelt