hanno osservato i vortici elettronici a temperatura ambiente


Il grafene, questo materiale rivoluzionario costituito da un singolo strato di atomi di carbonio disposti in una struttura esagonale, continua ad affascinare i ricercatori per le sue proprietà uniche. Recentemente è stata fatta un'importante scoperta riguardante il comportamento degli elettroni, aprendo nuove prospettive nel campo della ricerca fondamentale.

La recente scoperta dei vortici elettronici

Dotato di una forza eccezionale e capace di conducono calore ed elettricità Sorprendentemente, il grafene offre un potenziale rivoluzionario in molti campi, dall’elettronica alla scienza dei materiali.

Una recente scoperta aggiunge un'altra dimensione al suo mistero: l'osservazione di vortici elettronici. Questi sono fenomeni affascinanti che si verificano nel grafene. Immagina che gli elettroni si muovano attraverso questo sottile foglio di carbonio come l'acqua che vortica in un lavandino. Questi vortici sono aree in cui gli elettroni fluiscono in modo circolare, creando un movimento rotatorio nel flusso elettrico.

I vortici elettronici sono particolarmente interessanti perché possono farlo influenzare il comportamento elettrico del materiale. Ad esempio, possono cambiare il modo in cui gli elettroni si muovono attraverso il grafene, il che può avere importanti implicazioni per le sue proprietà elettriche e magnetiche.

Le difficoltà relative all'osservazione di questi fenomeni

Sebbene gli scienziati sappiano da tempo che tali fenomeni sono possibili nel grafene, osservarli direttamente rimane una sfida importante, per diversi motivi.

Innanzitutto il grafene è un materiale estremamente sottile, costituito da un unico strato di atomi di carbonio. La sua complessa struttura atomica e la sua finezza rendono complicata la rilevazione dei vortici elettronici.

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Inoltre, i vortici elettronici sono fenomeni dinamici che si verificano su scala nanometrica e a velocità estremamente elevate. Osservarli richiede quindi tecniche di rilevamento altamente sensibili.

IL basse temperature costituivano anche un fattore limitante. Tradizionalmente, per studiare fenomeni quantistici come i vortici, i ricercatori dovevano farlo avvicinarsi allo zero assoluto (-273,15 °C) in modo che i movimenti termici degli atomi fossero significativamente ridotti, il che ha permesso di controllare e osservare meglio i comportamenti quantistici degli elettroni. Tuttavia, il raffreddamento del grafene a tali temperature presenta notevoli sfide tecniche e sperimentali. Ciò richiede attrezzature specializzate costose e complesse, nonché condizioni di laboratorio altamente controllate. Inoltre, le basse temperature possono limitare la flessibilità degli esperimenti e rendere difficile la riproduzione dei risultati in condizioni ambientali realistiche.

grafene
Crediti: iStock

Una nuova svolta raggiunta

Il che ci riporta a questo recente lavoro. I ricercatori annunciano di essere stati in grado di osservare i vortici di elettroni nel grafene utilizzando a sensore di campo magnetico ad alta risoluzione in grado di seguire il comportamento degli elettroni a temperatura ambiente.

Per fare questa osservazione, gli scienziati hanno utilizzato una striscia di grafene attaccata a dischi circolari di diverse dimensioni. Secondo i calcoli teorici, i turbinii elettronici, o vortici, dovrebbero apparire nel disco di grafene più piccolo, ma non in quello più grande. Questa previsione teorica è stata confermata durante gli esperimenti condotti dal team.

Il sensore magnetico utilizzato era un ago diamantato presentando un difetto alla sua fine chiamato gap di azoto. Utilizzando raggi laser e impulsi a microonde, questo ago era estremamente sensibile ai campi magnetici esterni, consentendogli di rilevare i campi magnetici prodotti dagli elettroni che fluiscono attraverso il grafene.

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L'osservazione effettuata ha rivelato un'inversione del flusso di elettroni nel piccolo disco di grafene, caratteristica del movimento in un vortice. Al contrario, gli elettroni fluivano normalmente nel disco più grande. Questa osservazione ha confermato le previsioni teoriche e ha dimostrato la capacità del sensore di rilevare fenomeni elettronici su scala nanometrica.

Questa scoperta apre la strada a molte possibilità per comprendere meglio il comportamento degli elettroni nel grafene. L’eccezionale risoluzione del dispositivo utilizzato, inferiore al centinaio di nanometri, costituisce inoltre un punto di partenza cruciale per approfondire la conoscenza di questi affascinanti fenomeni.

I dettagli dello studio sono pubblicati sulla rivista Scienza.





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