Fyzici poprvé stvořili elektronovou kapalinu při pokojové teplotě  
Když do sendviče z dvou plátků grafenu a jednoho plátku telluridu molybdeničitého bušíte extrémně rychlými laserovými pulsy, tak na takovém sendviči kondenzují elektrony a elektronové díry do bizarní elektronové kapaliny. Taková fyzikální alchymie by se mohla stát základem nových terahertzových technologií.
Kapalina elektronů (modře) a elektronových děr (červeně). Kredit: QMO Lab, UC Riverside.
Kapalina elektronů (modře) a elektronových děr (červeně). Kredit: QMO Lab, UC Riverside.

Namíchat zajímavý drink nebývá vždy úplně jednoduché. Platí to i pro fyziky, kteří vytvářejí kapaliny velmi netradičního složení. Výzkumný tým Kalifornské univerzity v Riverside nedávno uspěl a jako první na světě vytvořil kapalinu z elektronů při pokojové teplotě. Jejich úspěch otevírá cestu pro vývoj prvních prakticky použitelných, a také efektivních zařízení, která dovedou generovat a detekovat záření na terahertzových vlnových délkách, tedy záření mezi infračervenou oblastí a oblastí mikrovln.

 

Nathaniel Gabor. Kredit: UC Riverside.
Nathaniel Gabor. Kredit: UC Riverside.

Terahertzová zařízení by mohla nalézt velice různorodé aplikace, od komunikace ve vesmírném prostoru, přes diagnostiku některých nádorů a dalších závažných chorob, až po vyhledávání skrytých zbraní či jiného kontrabandu v bezpečnostních technologiích. Výsledky výzkumu se rovněž uplatní i přímo ve vědě, například při zkoumání základních fyzikálních vlastností hmoty v nesmírně malých měřítcích nebo při vývoji kvantových materiálů, jejichž struktury je nutné vytvořit na atomární a částicové úrovni. Výzkum kalifornského týmu uveřejnil v těchto dnech časopis Nature Photonics.

 

Krystal telluridu molybdeničitého. Kredit: Kenan Zhang, Changhua Bao, Qiangqiang Gu, Xiao Ren, Haoxiong Zhang, Ke Deng, Yang Wu, Yuan Li, Ji Feng & Shuyun Zhou / Wikimedia Commons.
Krystal telluridu molybdeničitého. Kredit: Kenan Zhang, Changhua Bao, Qiangqiang Gu, Xiao Ren, Haoxiong Zhang, Ke Deng, Yang Wu, Yuan Li, Ji Feng & Shuyun Zhou / Wikimedia Commons.

Nathaniel Gabor, který šéfuje laboratoři Quantum Materials Optoelectronics Lab v Riverside, a jeho spolupracovníci postupovali tak, že vytvořili ultratenký „sendvič“ ze dvou vrstev grafenu, mezi něž vložili vrstvu telluridu molybdeničitého. Výsledný sendvič, tedy vlastně van der Waalsova heterostruktura, byl jenom o něco málo tlustší, než šířka jediné molekuly DNA. Pak do sendviče zahájili palbu ultrarychlými laserovými pulsy, které do něj bušily v biliardtinách sekundy.

 

Experiment pro pozorování elektronové kapaliny. Kredit: QMO Lab, UC Riverside.
Experiment pro pozorování elektronové kapaliny. Kredit: QMO Lab, UC Riverside.

Jak říká Gabor, pokud něco takového uděláte s běžným polovodičem, jako je například křemík, tak laserové pulsy uvolní oblak elektronů a elektronových děr, který se chová jako plyn. V jejich experimentu ale došlo k tomu, že elektrony a elektronové díry na polovodiči kondenzovaly do podoby kapky kapaliny. Gabor a spol. prý byli skutečně udiveni tím, že k tomu došlo za běžné pokojové teploty. Až doposud se totiž dařilo vytvářet podobné elektronové kapaliny z elektronů a elektronových děr za teplot, které jsou nižší než teplota prázdného vesmírného prostoru.

 

K dodání energie i k zobrazení toho, co se na sendviči děje, badatelé využili vlastnoručně vyvinutou specifickou metodu mikroskopie MPDPM (anglicky multi-parameter dynamic photoresponse microscopy). Podle Gabora mají jejich kapičky elektronové kapaliny takové elektronické vlastnosti, že by se mohly stát základem pro vývoj nových optoelektronických zařízení, která by pracovala s doposud nevídanou účinností v terahertzové oblasti spektra. Nově vytvořené elektronové „nanoloužičky“ (nanopuddles) teď čeká intenzivní výzkum, pokud jde o jejich vlastnosti a využití.

Video: The electron-hole liquid in MoTe2


Video:  11 02 17 Nathaniel Gabor


Literatura
UC Riverside 4. 2. 2019, Nature Photonics online 4. 2. 2019.

Datum: 05.02.2019
Tisk článku

Související články:

Mysteriózní kvantovou spinovou kapalinu vystopovali ve 2D materiálu     Autor: Stanislav Mihulka (15.04.2016)
Nejrychleji rotující kapalinou je kvark-gluonové plazma     Autor: Vladimír Wagner (24.08.2017)
Experiment PHENIX vytvořil kapičky hmoty raného vesmíru     Autor: Stanislav Mihulka (18.12.2018)



Diskuze:




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace