Newsy

Odkryto nowe, grafenowe kwazicząsteczki. W przyszłości mogą powstać oparte na nich komputery nowej generacji [DEPESZA]

2020-11-25  |  06:00
Wszystkie newsy

Inżynierowie z Uniwersytetu Manchesterskiego odkryli i scharakteryzowali nową rodzinę kwazicząsteczek zwaną fermionami Browna-Zaka, która występuje w supersieciach grafenowych. Ich zachowanie w polu magnetycznym daje nadzieję na opracowanie innowacyjnych układów elektronicznych wysokich częstotliwości. Komputery nowej generacji zbudowane dzięki temu odkryciu pozwolą szybciej i sprawniej wykonywać skomplikowane obliczenia.

Praca zaprezentowana przez naukowców z Uniwersytetu Manchesterskiego tłumaczy zachowanie elektronów w grafenowej supersieci. Dotychczas uważano, że elektrony w takiej supersieci zachowują się jak fermiony Diraca, czyli kwazicząsteczki wykazujące właściwości fotonów, które są pozbawione masy i mogą replikować się w wysokim polu magnetycznym.

– Powszechnie wiadomo, że w zerowym polu magnetycznym elektrony poruszają się po prostych trajektoriach, a jeśli zastosujesz pole magnetyczne, zaczną się zginać i poruszać się po okręgu – tłumaczy Julien Barrier z Uniwersytetu Manchesterskiego.

Takie podejście stało jednak w sprzeczności z niektórymi doświadczalnymi właściwościami tych cząsteczek. Nie pozwalało wyjaśnić ponadnormatywnej degeneracji stanów energetycznych czy wyliczyć faktycznej masy kwazicząsteczek w tym stanie. Odkrycie fermionów Browna-Zaka rzuciło nowe światło na supersieci grafenowe.

– W warstwie grafenu wzbogaconej azotkiem boru elektrony również zaczynają się zginać, ale po ustawieniu określonych wartości pola magnetycznego elektrony znów poruszają się po liniach prostych, tak jakby nie było już pola magnetycznego – wskazuje Julien Barrier.

Jak się okazało, jeśli przyjmiemy, że fermiony Browna-Zaka należą do rodziny kwazicząsteczek supersieci funkcjonujących w wysokim polu magnetycznym, można ustalić i zmierzyć ich liczbę kwantową. Dowiedziono także, że obniżenie temperatury pozwala zniwelować degenerację stanów energetycznych.

– Takie zachowanie elektronów radykalnie różni się od tego, co możemy przeczytać w podręcznikach fizyki – podkreśla dr Piranavan Kumaravadivel z Uniwersytetu Manchesterskiego.

– To fascynujące zachowanie elektronów przypisujemy tworzeniu się nowych kwazicząstek w wysokim polu magnetycznym – wskazuje dr Alexey Berdyugin, członek zespołu prowadzącego badania. – Te kwazicząstki mają własne unikatowe właściwości i wyjątkowo wysoką ruchliwość pomimo niezwykle wysokiego pola magnetycznego.

W trakcie eksperymentów testowano zachowanie kwazicząsteczek w wielkowymiarowych urządzeniach grafenowych o wysokim stopniu czystości, które wykazywały ruchliwość na poziomie kilku milionów cm²/Vs. Okazało się, że są one w stanie przebyć całą długość układu bez rozpraszania się.

Wykorzystanie tej wiedzy teoretycznej pozwoli stworzyć systemy elektroniczne o wysokiej mobilności, niezbędne do wytwarzania dwuwymiarowych układów wykonanych m.in. z jednoatomowej warstwy grafenowej. Odkrycie fermionów Browna-Zaka umożliwi przyspieszenie prac nad tranzystorami ultrawysokich częstotliwości wykorzystywanych na potrzeby stworzenia bardzo wydajnych procesorów grafenowych nowej generacji.

– Nasze odkrycie jest oczywiście ważne dla podstawowych badań transportu elektronów, ale wierzymy, że zrozumienie działania kwazicząstek w nowatorskich urządzeniach supersieciowych w wysokich polach magnetycznych może doprowadzić do opracowania nowych urządzeń elektronicznych – przekonuje Julien Barrier.

Według firmy badawczej Grand View Research wartość globalnego rynku grafenowego do 2025 roku wzrośnie do 550 mln dol. W najbliższych latach ma się rozwijać w tempie blisko 38 proc. w skali roku.

Czytaj także

Transmisje online

Kalendarium

Więcej ważnych informacji

Jedynka Newserii

Konsument

Krakowska fabryka Philip Morris przestawia się na produkcję wkładów tytoniowych do nowych podgrzewaczy. Amerykański koncern ogłosił zakończenie inwestycji o wartości blisko 1 mld zł

Koncern Philip Morris International (PMI) zakończył wartą niemal 1 mld zł modernizację fabryki w Krakowie. Nowe linie produkcyjne są w stanie wyprodukować w skali roku do 11 mld sztuk wkładów tytoniowych do podgrzewania, w tym do najnowszego systemu podgrzewania tytoniu, który właśnie trafił do sprzedaży w Polsce. To część globalnego planu firmy dotyczącego stopniowego wygaszania papierosów. W ciągu dekady PMI wprowadził blisko 30 proc. mniej papierosów na rynek. Zgodnie z planami do 2030 roku 2/3 globalnych przychodów PMI ma pochodzić z wyrobów bezdymnych, w tym z tytoniu do podgrzewania.

Transport

Eksperci apelują o przyspieszenie wdrożenia ETCS na polskiej kolei. Można to zrobić taniej i szybciej

Tylko w 2024 roku doszło na polskiej kolei do niemal 200 tzw. zdarzeń SPAD, czyli najczęściej przejechania przez pociąg sygnału „Stój”. Liczba takich incydentów z roku na rok rośnie, co może prowadzić do poważnych zagrożeń. Ograniczeniu konsekwencji ludzkich błędów ma służyć Europejski System Sterowania Ruchem Kolejowym (ETCS). Obecnie jest on wdrożony na zaledwie 1 tys. km linii kolejowych w Polsce, mimo że pierwotne plany zakładały zakończenie wdrożenia do 2023 roku.

Bankowość

Cyfrowa transformacja wymaga od liderów biznesu nowych kompetencji. Wśród nich kluczowe są otwartość na zmianę i empatia

Empatia, elastyczność i gotowość do eksperymentowania to dziś kluczowe cechy skutecznego przywództwa – szczególnie w świecie zdominowanym przez technologię i sztuczną inteligencję. Transformacja cyfrowa stawia przed liderami wiele nowych wyzwań i wymusza nowy model zarządzania – oparty na zaufaniu, adaptacyjności i rozumieniu potrzeb zespołu. Od 15 lat kobiety na kierowniczych stanowiskach w rozwijaniu kompetencji liderskich wspiera Program Santander W50. Uczestniczki z kilkunastu krajów zdobywają wiedzę i narzędzia do zarządzania zmianą, które pozwalają im skuteczniej funkcjonować w dynamicznym otoczeniu rynkowym.

Szkolenia

Akademia Newserii

Akademia Newserii to projekt, w ramach którego najlepsi polscy dziennikarze biznesowi, giełdowi oraz lifestylowi, a  także szkoleniowcy z wieloletnim doświadczeniem dzielą się swoją wiedzą nt. pracy z mediami.