बहुपरत ग्राफीन सुपरकंडक्टर: फ्लैट ज़ोन की जांच

अब तक हमेशा नहीं, एक पदार्थ की खोज की, वैज्ञानिकों ने तुरंत इसके सभी गुणों को समझा। विधियों, तकनीकों और अनुसंधान के तरीकों सहित प्रौद्योगिकियों में सुधार, वैज्ञानिकों के लिए नए अवसर खोलते हैं जो यह समझना चाहते हैं कि हमारे आसपास क्या और कैसे काम करता है। आज हम जानेंगे कि शोधकर्ताओं ने कैसे सीखा कि ग्राफीन में सुपरकंडक्टर के गुण हो सकते हैं। पिछली सदी की शुरुआत से सुपरकंडक्टिविटी का अध्ययन किया गया है, और hitherto वैज्ञानिक इस भौतिक घटना के सभी पहलुओं से अवगत नहीं हैं। वास्तव में अनुसंधान टीम ने "पुन: कॉन्फ़िगर" ग्राफीन का प्रबंधन कैसे किया, प्रयोगों द्वारा क्या परिणाम दिखाए गए और भविष्य में अनुसंधान से क्या उम्मीद की जानी चाहिए? वैज्ञानिकों की रिपोर्ट हमें इन सवालों के जवाब खोजने में मदद करेगी। चलो चलते हैं।

अध्ययन का आधार

के साथ शुरू करने के लिए, संक्षेप में, आइए हम खुद को याद दिलाएं कि ग्रेफीन क्या है और इसके साथ क्या खाया जाता है, इसलिए बोलने के लिए।

ग्राफीन, सबसे पहले, एक दो आयामी संरचना है जिसमें कार्बन परमाणुओं की एक परत होती है। दूसरे शब्दों में, यह ग्रेफाइट (ग्राफीन का मुख्य स्रोत) का एक मोनोलेयर है।

ग्राफीन में काफी अद्वितीय विद्युत गुण हैं, जो इसे विभिन्न अध्ययनों में एक प्रमुख भूमिका और भविष्य की प्रौद्योगिकियों के लिए संभावित आधार के रूप में एक आदर्श उम्मीदवार बनाता है।

प्रयोगशाला स्थितियों में, ग्राफीन एक बहुत ही जटिल, समय लेने वाली और अविश्वसनीय सटीकता विधि की आवश्यकता होती है। लेकिन इस तरह से आप सबसे अधिक प्राप्त कर सकते हैं, इसलिए बोलने के लिए, उच्च-गुणवत्ता वाला उत्पाद। इस पद्धति का आधार अत्यधिक उन्मुख पाइरोलाइटिक ग्रेफाइट पर यांत्रिक प्रभाव है।

इस अध्ययन में, monolayer graphene ( MLG ) का उपयोग नहीं किया जाता है, लेकिन bilayer ( BLG )। चूंकि इस सामग्री में एक दिलचस्प भौतिक संपत्ति है - बैंड गैप * जो तब होता है जब ग्राफीन की दो परतों के बीच विषमता का निर्माण होता है।

निषिद्ध क्षेत्र * ऊर्जा मूल्यों की एक सीमा है जो एक इलेक्ट्रॉन एक आदर्श क्रिस्टल में नहीं हो सकता है। 3 मुख्य प्रकार के ठोस को बैंड गैप (eV - इलेक्ट्रॉन-वोल्ट) के अनुसार विभाजित किया गया है: धातु - कोई बैंड गैप, सेमीकंडक्टर - 3-4 eV और अपचयन - 4-5 eV से अधिक।

वैन होवे विलक्षणता के कारण बिलीयर ग्रेफीन का निषिद्ध क्षेत्र बनता है।

सुपरकंडक्टर्स की मुख्य समस्या यह है कि वे पर्याप्त रूप से कम तापमान पर हैं। वैज्ञानिक सीमा के तापमान को कमरे के तापमान तक बढ़ाने की कोशिश कर रहे हैं। शोधकर्ताओं ने C ₆ CaC ₆ को एक उदाहरण के रूप में उद्धृत किया, जो 4 K (-269.15 ° C) पर अतिचालकता को बनाए रखने में सक्षम है, और यह, जैसा कि आप जानते हैं, कमरे के तापमान से दूर है।

तापमान के सवाल का एक संभावित उत्तर अन्य समान सामग्रियों के साथ दो-आयामी ग्राफीन के संयोजन में निहित है। शोधकर्ता बीसीएस सिद्धांत पर हमारा ध्यान आकर्षित करते हैं, जो विपरीत स्पिन और क्षण के साथ इलेक्ट्रॉनों के बीच युग्मन की संभावना का वर्णन करता है। फोटॉनों के आदान-प्रदान में, फर्मी सतह के पास होने के कारण, इलेक्ट्रॉन एक दूसरे को आकर्षित करना शुरू कर देते हैं। इस प्रकार, इलेक्ट्रॉन जोड़े बन सकते हैं, जो, सिद्धांत रूप में, एकल इलेक्ट्रॉनों या एक जाली के साथ बातचीत नहीं करेंगे, अर्थात, जोड़े ऊर्जा हानि के बिना आगे बढ़ेंगे। इस प्रकार, एक सुपरकंडक्टर के सीमा तापमान को इंटरेक्शन स्थिरांक (U) या Fermi स्तर n (EF) पर राज्यों के घनत्व में वृद्धि करके बढ़ाया जा सकता है। ग्रेफीन और ग्रेफाइट में, फर्मी स्तर पर इलेक्ट्रॉनिक राज्यों का घनत्व काफी कम है। इस मामले में, ऊर्जा स्तर पर प्रत्यक्ष निर्भरता है। और यहां आप पहले से ही फ्लैट ज़ोन के सिद्धांत को लागू कर सकते हैं। बातचीत की निरंतरता के मूल्य को बदलना अभी भी बहुत मुश्किल है, शोधकर्ताओं का कहना है, लेकिन समतल पत्थरों के माध्यम से एन (ईएफ) को ठीक से बढ़ाया जा सकता है।

इस कार्य में फ्लैट ज़ोन के बारे में अधिक विवरण वर्णित हैं।

आज हम जिस अध्ययन का अध्ययन कर रहे हैं, उसमें वैज्ञानिकों ने ग्राफीन के इलेक्ट्रॉनिक ज़ोन को "समतल" करने के लिए एक नए तरीके की कोशिश करने का फैसला किया और इलेक्ट्रॉनिक राज्यों के घनत्व को बढ़ाया, जिसमें यह घनत्व बहुत कम है।

अध्ययन का भौतिक आधार सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) पर दो-परत ग्राफीन था, जो कि, सिलिकॉन और कार्बन का एक यौगिक है। कोण रिज़ॉल्यूशन फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (ARPES) एक डेटा संग्रह विधि बन गई है।


ARPES स्थापना आरेख।

अब आइए जानें कि शोधकर्ताओं ने क्या किया?

अनुसंधान के परिणाम

चित्र संख्या 1

उपरोक्त चित्र एआरपीईएस का उपयोग करके एकत्र किए गए डेटा, अर्थात्, 6H-SiC नमूना से 1.2 मोनोलेयर ग्राफीन (एमएलजी) के साथ लेपित डेटा।


6H-SiC सिलिकॉन कार्बाइड के पॉलीटिप में से एक है (एक संरचना जिसमें परतों के ढेर के एक अलग क्रम के साथ, अर्थात घटक तत्व समान हैं, लेकिन विभिन्न प्रकार अलग-अलग स्थित हैं)।

एक मोनोलेयर के उपयोग से कमजोर रूप से तीव्र दो-परत फैलाव पर फैलाव (डायराक शंकु) के प्रभुत्व के लिए नेतृत्व करने की उम्मीद थी। हालांकि, 255 मीवी (मिलियरेक्ट्रॉन-वोल्ट) की बातचीत ऊर्जा के स्तर पर, एक काफी स्पष्ट सपाट क्षेत्र मनाया जाता है। छवियों 1 ए , 1 बी और 1 सी में, इस क्षेत्र की स्थिति को एक सफेद तीर द्वारा इंगित किया गया है।

ग्राफीन के 1.2 मोनोलेयर की उपस्थिति इस तथ्य के कारण है कि बीएलजी फोटोमीशन की तीव्रता एमएलजी क्षेत्रों की तुलना में लगभग 4 गुना कम है। और फ्लैट बीएलजी ज़ोन की तीव्रता, इसके विपरीत, एमएलजी ज़ोन की तुलना में 3 गुना अधिक है। वैज्ञानिकों का कहना है कि पूर्ववर्तियों के अध्ययन में इस तरह के अवलोकन पाए जा सकते हैं, लेकिन उन्हें पहले इस तरह से विस्तार से जांच नहीं की गई।

ARPES का उपयोग करना भी 150 meV की बातचीत ऊर्जा और 150 ... 160 meV की ऊर्जा सीमा में एक फैलाव किंक में उत्पन्न होने वाले एक तुच्छ फ्लैट क्षेत्र ( 1b पर नीला तीर) को नोटिस करना संभव बनाता है।

तब शोधकर्ताओं ने फोटोमिशन की तीव्रता के वितरण का विश्लेषण करने का फैसला किया। इसके लिए, नमूने के बिंदु K के चारों ओर एक त्रि-आयामी "मानचित्र" का अध्ययन किया गया था। विश्लेषण से पता चला है कि केवल मोनोलेयर का आधा हिस्सा (डायक शंकु) और केवल बिलीयर ग्रेफीन का फैलाव आधा दिखाई देता है, जो दो ग्राफीन उप-परतों से हानिकारक हस्तक्षेप से जुड़ा हुआ है। यह भी देखा जाता है कि समतल क्षेत्र को समान रूप से बिंदु K के दोनों किनारों पर वितरित किया जाता है, जो कि बहुत ही असामान्य है, जिसे ग्रेफीन फोटोमिशन के हस्तक्षेप को देखते हुए।

छवि 1d 235 और 255 meV की बातचीत ऊर्जा पर 1a से ली गई Fermi सतह के दो राज्यों को दिखाती है। ARPES के लिए 20 meV का अंतर बहुत छोटा है, लेकिन यह Fermi सतह में महत्वपूर्ण परिवर्तन देखने के लिए पर्याप्त था। 235 meV पर, हम एक "अर्धचंद्र" की समानता को देखते हैं, जो तीव्रता के मॉड्यूलेशन के कारण फोटोइंजेक्शन हस्तक्षेप के प्रभाव के कारण होता है। लेकिन 255 meV पर हम पहले से ही मॉड्यूलेशन के बिना एक "डिस्क" देखते हैं।

ग्राफ 1e (बिंदु K के आसपास के क्षेत्र के लिए 1f) से पता चलता है कि फ्लैट ज़ोन के फोटोमीशन का हस्तक्षेप कितना मजबूत है। और ग्राफ 1g पहले से ही फैलाव माप के परिणाम दिखाता है।

घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत

आगे के विश्लेषण के लिए, मोनोलेयर, दो-परत और तीन-परत ग्राफीन पर घनत्व कार्यात्मक के सिद्धांत के अनुसार गणना की गई थी।


चित्र संख्या 2

चित्रा 2a मोनोलेयर ग्राफीन (नीला) और बिलीयर (लाल) के लिए फैलाव गणना की तुलना दिखाता है। मोनोलेयर और दो-परत संरचनाओं के बीच के अंतर की सामान्य तस्वीर पर गणना और प्रयोगात्मक डेटा, साथ ही राज्यों के घनत्व के उच्च स्तर ( 2 बी ) की उपस्थिति, लगभग पूरी तरह से मेल खाती है।

एक महत्वपूर्ण अवलोकन वह क्षेत्र भी है जहां फ्लैट क्षेत्र दिखाई देता है। जैसा कि चित्र 2a से देखा जा सकता है, एक प्लैनर ज़ोन न केवल अध्ययन की गई बाइलर संरचना में सबसे ऊपरी ग्रेफीन परत में उत्पन्न होता है, बल्कि उदात्त रूप में भी होता है। ग्राफीन + नी (111) की संरचना का अध्ययन करते समय एक समान प्रभाव भी देखा गया था।

चलो फिर से चार्ट 2 बी पर वापस जाते हैं। इस पर हम परत के किनारों पर राज्यों के घनत्व की दो विलक्षणता देखते हैं, जिसके बीच एक अंतर स्पष्ट रूप से दिखाई देता है। इस प्रकार, राज्यों की घनत्व में चोटियों वान होव विलक्षणताओं के अनुरूप हैं।

SiC सब्सट्रेट पर विशेष ध्यान दिया गया था, या यह प्रश्न कि बिलीयर या मोनोलीन ग्रेफीन के राज्य पर इसका प्रभाव कितना जोरदार है। चित्र 2e और 2f सत्यापन के परिणाम दिखाते हैं। पीला आइसोसर्फ्स इंगित करता है जहां एक चार्ज प्राप्त करने की प्रक्रिया है, और हल्का नीला - चार्ज का नुकसान। यहाँ हम देखते हैं कि ऊपरी ग्रेफीन परत (ए और बी) की उप-रेखाएँ और निचली ग्रेफ़ीन परत (ए) की उप-परत व्यावहारिक रूप से बिल्कुल भी प्रतिक्रिया नहीं करती हैं, जो केवल SiC सब्सट्रेट के साथ बातचीत के कारण आरोपों के असाध्य विषमता को दिखाती हैं। जबकि सबल्टिस सी, जो निचली ग्रेफीन परत का हिस्सा है, ग्राफीन और SiC के बीच बातचीत से बहुत प्रभावित होता है। बेहतर तरीके से यह समझने के लिए कि किस तरह के ऐसे उप-खंड शामिल हैं, छवि 2d पर ध्यान दें, जो परीक्षण नमूने के सभी परतों को रेखांकन करता है। इनसेट में निचले दाएं हिस्से में, हम देखते हैं कि ए, बी, और सी कैसे स्थित हैं।

वैज्ञानिकों ने एक अलग आदेश (उदाहरण के लिए, फेरोमैग्नेट्स) के साथ सिस्टम में फ्लैट ज़ोन के गठन का विश्लेषण किया। यह पता चला है कि इस तरह के सिस्टम में विमान क्षेत्र अस्थिरता का प्रदर्शन करते हैं, और अगर विमान क्षेत्र पर्याप्त रूप से फर्मी स्तर के करीब है, तो फेरोमैग्नेटिज़्म पर सुपरकंडक्टिविटी प्रबल होगी। वर्तमान अध्ययन पर इसी तरह के टिप्पणियों का अनुमान लगाया जा सकता है, वैज्ञानिकों का कहना है।

शोधकर्ता खोजें

सबसे पहले, वैज्ञानिक ध्यान दें कि यद्यपि बिंदु K के सापेक्ष संरचना में दो-आयामी विस्तार, उच्च स्तर के फोटो-मिनेसिटी तीव्रता के लिए जिम्मेदार है, यह एक सपाट क्षेत्र की उपस्थिति का मुख्य कारण नहीं है। अगर इस विस्तार में इस प्रक्रिया में महत्वपूर्ण भार था, प्रयोगों के दौरान तीव्रता के संकुचन और प्रवर्धन के प्रभाव बिंदु K के आसपास के बिलीयन ग्रेफीन के अन्य क्षेत्रों में दिखाई देंगे, लेकिन यह देखा नहीं गया था।

फ्लैट ज़ोन के क्षेत्र में हस्तक्षेप का गायब होना (छवि 1 सी) मनाया जाता है, जिसके कारण डिस्क के आकार की फर्मी सतह 255 मीवी की अंतःक्रियात्मक ऊर्जा पर बनती है। यह एक अनोखी घटना है, खासकर ग्राफीन के लिए। विभिन्न ग्राफीन उप-रेखाओं पर तरंग फ़ंक्शन के स्थानीयकरण के कारण हस्तक्षेप उत्पन्न होता है। लेकिन एक फ्लैट ज़ोन के मामले में, यह तरंग फ़ंक्शन केवल एक उप-वर्ग पर स्थानीयकृत होता है, जिसके कारण हस्तक्षेप गायब हो जाता है।

150 meV की अंतःक्रियात्मक ऊर्जा पर एक दूसरे प्लांटर बैंड की उपस्थिति भी देखी गई। हालांकि, जबकि वैज्ञानिक इसकी घटना की प्रकृति को स्पष्ट रूप से नहीं बता सकते हैं। एक ओर, यह ग्राफीन परतों के विभिन्न क्षेत्रों में तीव्रता के संयोग के कारण हो सकता है। दूसरी ओर, यह कई शरीरों के प्रभाव के कारण पुनर्जलीकरण का परिणाम हो सकता है, जो अक्सर मोनोलेयर ग्राफीन में पाया जाता है।

अध्ययन से पता चला कि अंतःक्रियात्मक ऊर्जा के स्तर में नगण्य परिवर्तन फर्मी सतह की स्थिति को प्रभावित कर सकते हैं (235 meV पर - अर्धचंद्र का आकार और 255 meV पर - डिस्क का आकार)। इस मामले में, संभव बिखरने वाले चैनलों की संख्या में काफी वृद्धि होती है।

यह भी ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि अतिचालकता के एक विस्तृत अध्ययन के लिए, फ़ेरमी स्तर तक समतल क्षेत्रों को जितना संभव हो उतना करीब लाना आवश्यक है। तो, तरीकों में से एक सीए की अंतःक्षेपण और के। के द्वारा ग्राफीन परत में बड़ी संख्या में आवेश वाहकों का परिचय हो सकता है। यह एक आयामी वैन होव विलक्षणता के गठन की ओर जाता है।

आप शोधकर्ताओं की रिपोर्ट और इसके लिए अतिरिक्त सामग्री का उपयोग करके अपने आप को अध्ययन के साथ और अधिक विस्तार से परिचित कर सकते हैं।

उपसंहार

वैज्ञानिक यह साबित करने में सक्षम थे कि बहुपरत ग्रेफीन की संरचना की उप-परतों और मध्यवर्ती परतों के साथ जोड़तोड़ करने से एक सपाट क्षेत्र के आकार और विशेषताओं को नियंत्रित करना संभव हो जाता है। शोधकर्ताओं के अनुसार, बढ़ाया इलेक्ट्रॉन-फोनन बांड की विधि के साथ संयोजन के रूप में इस कौशल का उपयोग भविष्य में सुपरकंडक्टर्स प्राप्त करने में मदद करेगा जिनके गुणों को अब की तुलना में काफी अधिक तापमान पर संरक्षित किया जाएगा।

सुपरकंडक्टर्स का बहुत महत्व है। पहले से ही, वे कई तकनीकों में उपयोग किए जाते हैं, सुपरकंडक्टिंग क्वांटम इंटरफेरोमीटर से लेकर एमआर स्कैनर तक। सुपरकंडक्टर्स, उनके गुणों, उनकी तैयारी और उनके गुणों में सुधार के तरीकों के आगे के अध्ययन से न केवल आधुनिक दुनिया में सुधार होगा, बल्कि यह थोड़ा भविष्य भी बना सकता है।

हमारे साथ बने रहने के लिए धन्यवाद। क्या आप हमारे लेख पसंद करते हैं? अधिक दिलचस्प सामग्री देखना चाहते हैं? एक आदेश रखकर या अपने दोस्तों को इसकी अनुशंसा करके हमें समर्थन दें, एंट्री-लेवल सर्वरों के अनूठे एनालॉग पर हैबर उपयोगकर्ताओं के लिए 30% छूट जो हमने आपके लिए ईजाद की है: VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 कोर) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps से पूरा सच $ 20 या सर्वर को कैसे विभाजित करें? (विकल्प RAID1 और RAID10 के साथ उपलब्ध हैं, 24 कोर तक और 40GB DDR4 तक)।

VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 करोड़) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps दिसंबर तक मुफ्त में जब छह महीने की अवधि के लिए भुगतान करते हैं, तो आप यहां ऑर्डर कर सकते हैं ।

डेल R730xd 2 बार सस्ता? केवल हमारे पास 2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 टीवी 249 डॉलर में नीदरलैंड और यूएसए से है! इन्फ्रास्ट्रक्चर Bldg का निर्माण कैसे करें के बारे में पढ़ें । एक पैसा के लिए 9,000 यूरो की लागत डेल R730xd E5-2650 v4 सर्वर का उपयोग कर वर्ग?