АКШдагы Райс университетинде (Rice University) физиктер Минг Йи ( Ming Yi ) жана Эмилия Моросан (Emilia Morosan) жетектеген изилдөөчүлөр тобу кыйла кубаттуу, ошол эле учурда энергияны үнөмдөөчү электрондук түзүлүштөрдү жасоого мүмкүнчүлүк бере турган жана өзгөчө электрондук касиеттерге ээ жаңы материалды иштеп чыгышты.
Бул илимий жаңылык эң алгач университеттин өзүнүн интернет баракчасында жазылды.
Крамерс түйүн сызыгы металлы деп аталган жаңы материал тантал менен күкүрттөн турган катмарлуу түзүлүшкө аз гана өлчөмдө индий кошуу аркылуу түзүлгөн. Бул кичинекей эле өзгөртүү кристаллдын ички симметриясын өзгөртүп, электрондордун кыймылында жаңы физикалык касиеттерди пайда кылган.
Бул изилдөө өзү 29-майда Nature Communications журналында жарыяланды жана энергияны аз короткон электрондук түзүлүштөр менен туруктуу технологияларды өнүктүрүү багытындагы чоң кадам болуп эсептелет.
https://www.nature.com/articles/s41467-025-60020-z
“Биздин ишибиз келечектеги электроника үчүн керектүү касиеттерге ээ болгон жаңы кванттык материалдарды табуу жана долбоорлоо боюнча так жолду көрсөтөт”, – деди физика жана астрономия боюнча ассистент-профессор Минг Йи.
Жаңы материалды жаратуу
Изилдөөчүлөр тантал дисульфиди (TaS₂) затына аз гана индий кошкондо, анын кристаллдык түзүлүшү өзгөрүп, уникалдуу электрон жүрүм-туруму пайда болорун аныкташты.
Бул өзгөрүү электрондордун «айланма» багытына жараша – жогору же ылдый -ар башка жол менен кыймылдашы мүмкүн болгон абалга алып келет. Бул абал автоунаалар жолдун эки багыты менен жүргөндөй көрүнүшкө окшош. Акыры, бул эки жол Крамерс түйүн сызыгында кошулат.
Ага катар бул жаңы материал энергия жоготуусуз электр өткөрүү жөндөмүн көрсөтүп, суперөткөрүүчү касиеттерге ээ экенин далилдеди.
Бул эки тараптуу өзгөчөлүк топологиялык суперөткөргүчтөрдү иштеп чыгууга жол ачышы мүмкүн, ал эми бул өз кезегинде энергетикалык системаларды жана эсептөө технологияларын өркүндөтүүгө шарт түзөт.
«Бул өзгөчө касиеттерге жетүү үчүн талап кылынган так симметрия шарттарына жооп берген материалды долбоорлоо бир топ кыйынга турду, бирок жыйынтыгы абдан кубанычтуу болду», – деди физика – астрономия, электр жана компьютердик инженерия, ошондой эле химия боюнча профессор, Райс университетинин Кванттык материалдар борборунун директору Эмилия Моросан.
Райс университетинин интернет баракчасында белгиленгендей, изилдөөчүлөр эң мыкты натыйжаларды табуу үчүн ар кандай курамдарды сыноодон өткөрүштү. Алар спин жана бурч боюнча маалымат берүүчү атайын заманбап аспаптарды жана магнит талаасында электр өткөрүүнү колдонуп, материалдагы кичинекей бөлүкчөлөрдү жакшылап изилдешти. Бул ыкма электрондордун энергиясын, кыймылын жана айлануусун так өлчөөгө мүмкүнчүлүк берди. Ал электрондор электрди өткөрүүчү негизги бөлүкчөлөр болуп саналат.
«Биздин эксперименттер материалдын касиеттерин так өзгөртүп, анын топологиялык өзгөчөлүктөрүн күчөтө аларыбызды көрсөттү, бул келечектеги колдонмолор үчүн абдан маанилүү», — деди Райс университетинин докторанты жана изилдөөнүн биргелешкен биринчи автору Йичен Чжан (Yichen Zhang).
Жыйынтыктардын тууралыгын текшерүү үчүн изилдөөчүлөр байкоолорду татаал теоретикалык эсептөөлөр менен айкалыштырышты. Теориялык болжолдор эксперименттин натыйжалары менен дал келип, материалдын электрондорунун түзүлүшү жөнүндө тереңирээк маалымат берди.
“Бул изилдөө физика, материал таануу жана инженерия сыяктуу көп тармактарды бириктирип, жаңы кванттык касиеттерди изилдөөгө жардам берет. Йи менен Моросандын командасы Крамерс түйүн сызыгы бар металлдын касиеттерин аныктап, кванттык материалдар дүйнөсүн кеңейтүү менен бирге, аз энергия керектеген жаңы электрондук технологиялардын жолун ача баштады, -дейт изилдөөнүн биргелешкен автору жана Райс университетиндеги Смэлли-Кёрл институтунун директору Жуничиро Коно (Junichiro Kono)
Илимий терминдерге түшүндүрмө:
Түйүн сызыгы (nodal line) – физикада, айрыкча кванттык материалдарда, электрон энергия деңгээлдери (энергетикалык тилкелер) бири-бири менен узун сызык бойлой кесилишкен абалды билдирет.
Тантал дисульфиди (TaS₂) – бул материал электрди жакшы өткөрөт жана жогорку температурада да туруктуулугун сактайт.
Индий – жумшак, ак жана күмүш түстүү металл. Ал жарым өткөргүчтөрдү, LED жана LCD экрандарды, ошондой эле лазердик диоддорду өндүрүүдө кеңири колдонулат.
Топологиялык суперөткөргүч – бул электрди каршылыксыз, башкача айтканда, энергия жоготпостон өткөргөн материал.
Шилтемелер:
- Илимий жаңылык Райс университетинин https://news.rice.edu/ сайтынан которулду.
- Илимий жаңылыкка негиз болгон изилдөө https://www.nature.com журналында жарыяланган.
- Сүрөт unplash.com сайтынан алынды, автору Sahand Babali.
- Илимий терминдерге түшүндүрмөнү Эл Илим коомдук фонду даярдады.
