نقش مهم الکترون‌ها در انتقال انرژی بین لایه‌های مواد نیمه‌رسانا
تاریخ انتشار: ۲۴ دی ۱۴۰۱ | کد خبر: ۳۶۸۴۲۰۸۶
به گزارش روز شنبه گروه علم و آموزش ایرنا، در آزمایش‌هایی که در آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده اس ال ای سی (SLAC) وزارت انرژی آمریکا انجام شد، این تیم از روشی به‌نام پراش الکترون فوق سریع (UED) برای اندازه‌گیری دمای لایه‌های منفرد استفاده کردند.
نتایج این پروژه درک تازه‌ای از اندازه‌گیری‌های فوق سریع دما در مقیاس اتمی ارائه داد.
بیشتر بخوانید:
اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!
محققان دریافتند اگرچه لایه‌ها به یکدیگر پیوند محکمی ندارند، اما الکترون‌ها پلی بین آنها ایجاد می‌کنند که این موضوع انتقال سریع گرما را تسهیل می‌کند.
پراش الکترون فوق سریع به‌عنوان یک “دوربین الکترونی” عمل می‌کرد که موقعیت اتم‌ها را در هر لایه ثبت می‌کرد. با تغییر فاصله زمانی بین پالس‌های تحریک‌کننده و کاوشگر به میزان تریلیونم ثانیه، آنها می‌توانستند دمای متغیر هر لایه را به طور مستقل دنبال کنند و با استفاده از شبیه‌سازی‌های نظری، حرکات اتمی مشاهده‌شده را به دما تبدیل کنند.
آرون لیندنبرگ یکی از نویسندگان این مقاله در دانشگاه استنفورد آمریکا در این زمینه گفت: آنچه این رویکرد پراش الکترون فوق سریع را قادر می‌کند، روش جدیدی برای اندازه‌گیری مستقیم دما در این ساختار ناهمسان پیچیده است.
وی افزود: این لایه‌ها فقط چند آنگستروم از هم فاصله دارند، و با این حال ما می‌توانیم به طور انتخابی پاسخ آنها را بررسی کنیم و در نتیجه با تفکیک زمانی، می‌توانیم در مقیاس‌های زمانی اساسی چگونگی تقسیم انرژی بین این ساختارها را به روشی جدید بررسی کنیم.
محققان در این بررسی دریافتند که لایه مواد نیمه‌رسانای دوبعدی تنگستن دی‌سلنید (WSe۲) همانطور که انتظار می‌رفت گرم شد، اما در کمال تعجب، لایه ماده دیگر دی‌سولفید تنگستن (WS۲) نیز گرم شد که نشان‌دهنده انتقال سریع گرما بین لایه‌ها است. در مقابل، زمانی که آنها الکترون‌ها را در ماده تنگستن دی سلنید WSe۲ تحریک نکردند و به جای آن ساختار ناهمسان را با استفاده از یک لایه تماس فلزی گرم کردند، رابط بین این دو ماده نیمه رسانا ( WSe۲ و WS۲ ) گرما را بسیار ضعیف منتقل می‌کرد.
راجا از محققان این بررسی گفت: بسیار شگفت‌انگیز بود که دیدیم دو لایه تقریباً به‌طور همزمان پس از تحریک نوری گرم می‌شوند و ما را به درک عمیق‌تر آنچه در حال وقوع است، نزدیک‌تر کرد.
این تیم برای درک مشاهدات خود، از محاسبات نظری با استفاده از روش‌های مبتنی بر نظریه تابعی چگالی برای مدل‌سازی نحوه رفتار اتم‌ها و الکترون‌ها در این سیستم‌ها با پشتیبانی مرکز مطالعات محاسباتی پدیده‌های حالت برانگیخته مواد انرژی (C۲SEPEM)، استفاده کردند.
محققان محاسبات گسترده‌ای از ساختار الکترونیکی لایه این مواد نیمه رسانای دوبعدی (WSe۲/WS۲ ) و همچنین رفتار ارتعاشات شبکه در این لایه‌ها را انجام دادند مانند سنجاب‌هایی که از یک جنگل عبور می‌کنند و می‌توانند در امتداد مسیرهایی که توسط شاخه‌ها تعریف شده‌اند، بدوند و گاهی بین آنها بپرند، الکترون‌های موجود در یک ماده به حالت‌ها و انتقال‌های خاصی محدود می‌شوند و دانش آن ساختار الکترونیکی راهنمایی برای تفسیر فراهم می‌کند.
جونا هابر محقق فوق دکتری در بخش علوم مواد در آزمایشگاه برکلی آمریکا هم گفت: با استفاده از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری، ما کشف کردیم که الکترون در یک لایه در ابتدا به دلیل ارتعاشات شبکه می‌خواست به جاهایی مشخص پراکنده شود. ما دریافتیم که آنها می‌خواهد به این حالت ترکیبی پراکنده شوند نوعی “حالت چسب” که در آن الکترون در هر دو لایه به‌طور همزمان آویزان هستند. ما ایده خوبی از اینکه این حالت‌های چسب چگونه هستند داریم.
براساس گزارش ستاد ویژه توسعه فناوری، نانوشبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی در مقیاس بزرگ تأیید کردند که در غیاب «حالت چسب» الکترون مشترک، انتقال گرما از یک لایه به لایه دیگر بسیار طولانی‌تر طول می‌کشد.
برچسب‌ها پژوهش ایالات متحده آمریکا فلزاتمنبع: ایرنا
کلیدواژه: پژوهش ایالات متحده آمریکا فلزات پژوهش ایالات متحده آمریکا فلزات الکترون ها فوق سریع لایه ها
درخواست حذف خبر:
«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت www.irna.ir دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «ایرنا» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۶۸۴۲۰۸۶ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.
با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.
خبر بعدی:
ابداع صفحات خورشیدی خم شونده و قابل شستشو
به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از سای تک دیلی، دانش پژوهان مرکز تحقیقات ریکن، صفحات فوتوولتائیک آلی ضد آب و انعطاف پذیر ساخته اند که حتی وقتی در معرض باران یا چرخه‌های شستشو قرار گیرند همچنان عملکرد خود را حفظ می‌کنند؛ دستاوردی که امکان تلفیق سلول‌های خورشیدی در پوشاک را فراهم می‌آورد.
یکی از کاربرد‌های بالقوه صفحات فتوولتائیک آلی، تولید تجهیزات الکترونیکی پوشیدنی است، دستگاه‌هایی که می‌توانند به لباس متصل شده و مثلا بر ابزارهای پزشکی بدون نیاز به تعوبض باتری نظارت کنند. با این حال، محققان دریافتند دستیابی به صفحات ضد آب بدون استفاده از لایه‌های اضافی که منجر به کاهش انعطاف پذیری صفحه می‌شود، چالش برانگیز است.
محققان می‌دانستند ضد آب کردن این صفحات بدون کاهش انعطاف پذیری آنها کار دشواری است، اما توانستند بر این چالش غلبه کنند. صفحات فتوولتائیک معمولا از چندین لایه ساخته می‌شوند. لایه آخر فعال است که انرژی با طول موج مشخصی را از نور خورشید می‌گیرد و از این انرژی برای جدا کردن الکترون‌ها و «حفره‌های الکترونی» به کاتد و آند استفاده می‌کند. الکترون‌ها و حفره‌ها می‌توانند از طریق یک مدار دوباره به هم متصل شده و برق تولید کنند. در دستگاه‌های قبلی، این لایه که حفره‌های الکترونی را حمل می‌کند، عموما به طور متوالی با لایه بندی ایجاد می‌شد.
با این حال، برای پژوهش جدید، محققان در لایه آند، یک الکترود نقره را مستقیما روی لایه‌های فعال قرار داده و چسبندگی بهتری بین لایه‌ها ایجاد کردند. آنها از فرآیند بازپخت حرارتی استفاده کردند و صفحه را به مدت ۲۴ ساعت در معرض هوا در دمای ۸۵ درجه سانتیگراد قرار دادند.
«سیکسینگ شونگ» «Sixing Xiong» یکی از مجریان این پژوهش می‌گوید تشکیل این لایه چالش برانگیز بود، اما موفق شدیم آن را ایجاد کرده و توانستیم صفحه‌ای با ضخامت فقط ۳ میکرومتر بسازیم.
آنها برای آزمایش این صفحه ابتدا آن را به مدت چهار ساعت به طور کامل در آب غوطه ور کرده و دیدند هنوز ۸۹ درصد عملکرد اولیه خود را حفظ می‌کند. سپس یک صفحه را ۳۰۰ بار در زیر آب تحت کشش ۳۰ درصدی قرار دادند و دریافتند که حتی با این کار، ۹۶ درصد عملکرد خود را حفظ می‌کند. آنها به عنوان آخرین آزمایش، این صفحات را در ماشین لباسشویی انداخته و مشاهده کردند، صفحه از این مصیبت جان سالم به در برد، چیزی که قبلا هرگز به دست نیامده بود.
این پژوهشگران قصد دارند با نگاهی به آینده، پایداری این صفحات را در شرایط دیگر مانند قرار گرفتن در معرض هوا، نور شدید و فشار مکانیکی، بهبود بخشیده و سلول‌های خورشیدی آلی فوق نازک خود را بیشتر توسعه دهند تا بتوان از آنها برای دستگاه‌های پوشیدنی واقعا کاربردی استفاده کرد.
نتایج این تحقیقات در نشریه Nature Communications منتشر شده است.
انتهای پیام/
تصاویر پدر ساواکی مهران غفوریان