Bilim insanları enerji tasarrufu sağlayan kuantum süpermetalini ortaya çıkarmak için kristal simetrisini büküyor

[™ Admin]

Bilim insanları enerji tasarrufu sağlayan kuantum süpermetalini ortaya çıkarmak için kristal simetrisini büküyor

Daha hızlı bilgi işlem ve sürdürülebilir enerji çözümlerine yönelik küresel talep arttıkça, güçlü ancak enerji açısından verimli elektronik cihazlara olan ihtiyaç daha da acil hale geliyor.

Akıllı telefonlardan ve veri merkezlerinden elektrikli araçlara ve yeni nesil kuantum sistemlerine kadar, günlük yaşamı destekleyen teknoloji muazzam enerji tüketiyor.

Performanstan ödün vermeden bu ayak izini azaltmak araştırmacıların çözmek için yarıştığı bir zorluk.

Rice Üniversitesi'ndeki fizikçiler artık bu yönde önemli bir adım attılar.

Ming Yi ve Emilia Morosan liderliğindeki ekip, ultra verimli elektronik sistemlere yol açabilecek benzersiz elektronik özelliklere sahip yeni bir kuantum malzemesi geliştirdi.

Kramers düğüm hattı metali olan malzeme, atomik yapısını hassas kimyasal değişiklikler yoluyla ince ayarlayarak oluşturuldu.

Fizik ve astronomi doçenti Yi, "Çalışmamız, gelecekteki elektronikler için istenen özelliklere sahip yeni kuantum malzemeleri keşfetmek ve tasarlamak için net bir yol sağlıyor" dedi.

Simetriyi değiştirerek yeni davranışların kilidini açmak

Rice ekibi, katmanlı bir bileşik olan tantal disülfide (TaS₂) eser miktarda indiyum ekleyerek malzemeyi tasarladı.

Bu küçük değişiklik, kristalin simetrisinde bir kaymaya neden oldu ve bu da oldukça sıra dışı elektronik davranışlar üretti.

Temel keşif, Kramers düğüm çizgisi davranışı olarak bilinen nadir bir elektron akışı örüntüsüydü.

Değiştirilen yapıda, zıt dönüşlere sahip elektronlar, bölünmüş bir otoyolda zıt yönlerde giden arabalara benzer şekilde momentum uzayında ayrı yollar boyunca hareket etti.

Bu yollar, sıra dışı iletkenlik özelliklerini mümkün kılan korumalı bir durum olan düğüm çizgisinde birleşene kadar farklı kaldı.

Aynı zamanda elektrik ve bilgisayar mühendisliği ve kimya profesörü ve Rice Kuantum Malzemeleri Merkezi müdürü olan Morosan, "Bu özel özellikler için gerekli olan katı simetri koşullarını karşılayacak bir malzeme tasarlamak zordu, ancak sonuçlar ödüllendirici oldu" dedi.

Enerji kaybına direnen bir malzeme

Yeni malzeme, topolojik özelliklerine ek olarak süperiletken özellikler gösterdi ve enerji kaybı olmadan elektrik akımı taşıyabilmesini sağladı.

Bu nadir ikili davranış, süperiletkenlikle birleşen topolojik yapı, malzemeyi topolojik süperiletkenlerde kullanım için güçlü bir aday olarak konumlandırıyor.

Bu sistemler daha kararlı kuantum hesaplama platformlarını mümkün kılabilir ve güç iletim verimliliğini artırabilir.

Araştırmacılar, malzemenin performansını optimize etmek için çeşitli bileşimleri ayarladılar.

Amaçları, hassas kimyasal tasarım yoluyla hem yapısal hem de kuantum özelliklerini geliştirmekti.

Gelecekteki atılımlar için teori ve deneyi birleştirmek

Ekip, deneysel sonuçlarını doğrulamak için ilk prensip teorik hesaplamaları kullandı. Modeller laboratuvar verileriyle yakından eşleşti, malzemenin elektronik topolojisini doğruladı ve sonuçları güçlendirdi.

Bu yeni Kramers düğüm hattı metalini ortaya çıkarıp ayarlayarak, araştırmacılar kuantum malzemeler hakkındaki anlayışı ilerletti ve yeni nesil enerji tasarrufu teknolojileri geliştirmeye yaklaştı.

Enstitü müdürü ve çalışmanın ortak yazarı Junichiro Kono, "Bu çığır açan çalışma, Smalley-Curl Enstitüsü'nü tanımlayan yenilikçilik ruhunu örnekliyor" dedi. "Birçok alanda disiplinler arası iş birliğini teşvik etme misyonumuzu ilerletiyor, maddede yeni kuantum davranışlarını keşfetmek için fizik, malzeme bilimi ve mühendisliği bir araya getiriyor."

"Keşfedilecek daha çok şey var ve bu yeni malzemenin sunduğu gelecekteki olasılıklar konusunda heyecanlıyız" diye ekledi doktora öğrencisi ve ortak birinci yazar Yuxiang Gao.

Kaynak: IE