‘ภาพยนตร์สต็อปโมชันของอะตอม’ เผยให้เห็นสภาวะอายุสั้นในสวิตช์ระดับนาโน

เทคนิคการถ่ายภาพความเร็วสูงแบบใหม่ที่จับการเคลื่อนไหวของอะตอมในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ระดับนาโนได้เผยให้เห็นการมีอยู่ของสถานะอิเล็กทรอนิกส์ที่มีอายุสั้น ซึ่งจะทำให้สามารถพัฒนาคอมพิวเตอร์ที่เร็วขึ้นและประหยัดพลังงานได้มากขึ้น เทคนิคการถ่ายภาพที่เกี่ยวข้องกับการเปิดและปิดอุปกรณ์

ในขณะที่ถ่ายภาพสแน็ปช็อตด้วยกล้องเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอน สามารถช่วยนักวิจัยตรวจสอบขีดจำกัด

ของการสลับ

ทางอิเล็กทรอนิกส์ได้“โดยทั่วไปแล้ว เรารู้น้อยมากเกี่ยวกับวัสดุเฟสกลางที่ส่งผ่านระหว่างการดำเนินการสวิตชิ่งอิเล็กทรอนิกส์”นักวิจัยหลังปริญญาเอกของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ อธิบาย และเป็นผู้เขียนบทความหลักทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับวิธีการใหม่นี้ . “เทคนิคของเราทำให้เกิดวิธีการใหม่

ในการทำให้เห็นภาพกระบวนการนี้ และด้วยเหตุนี้จึงสามารถจัดการกับคำถามที่สำคัญที่สุดข้อหนึ่งในหัวใจของการประมวลผล นั่นคืออะไรคือข้อจำกัดพื้นฐานของสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ในแง่ของความเร็วและการใช้พลังงาน”กล้องเลี้ยวเบนอิเล็กตรอนเร็วมากSood และเพื่อนร่วมงานเลือกที่จะศึกษาอุปกรณ์

ที่ทำจากวานาเดียมไดออกไซด์ (VO 2 ) เนื่องจากวัสดุดังกล่าวเป็นที่ทราบกันดีว่ามีการเปลี่ยนแปลงระหว่างสถานะการเป็นฉนวนและการนำไฟฟ้าใกล้กับอุณหภูมิห้อง ดังนั้นมันจึงแสดงให้เห็นสัญญา ว่าเป็นสวิตช์ แต่เส้นทางที่แน่นอนซึ่งอยู่ภายใต้การสลับที่เหนี่ยวนำด้วยสนามไฟฟ้าใน VO 2นั้น

เป็นปริศนามาช้านาน ในการถ่ายภาพสแนปช็อตของโครงสร้างอะตอมของ VO 2ทีมงานใช้พัลส์แรงดันไฟฟ้าเป็นช่วงๆ เพื่อเปิดและปิดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำจากวัสดุดังกล่าว นักวิจัยได้ซิงโครไนซ์จังหวะของพัลส์แรงดันไฟฟ้าเหล่านี้กับพัลส์อิเล็กตรอนพลังงานสูงที่ผลิตโดยกล้องเลี้ยวเบนอิเล็กตรอน

แบบเร็วพิเศษ (UED) ของ SLAC “แต่ละครั้งที่พัลส์แรงดันไฟฟ้ากระตุ้นตัวอย่าง ตามมาด้วยพัลส์อิเล็กตรอนพร้อมการหน่วงเวลาที่เราปรับได้” Sood อธิบาย “ด้วยการทำซ้ำขั้นตอนนี้หลายครั้งและเปลี่ยนการหน่วงเวลาในแต่ละครั้ง เราสร้างภาพยนตร์สต็อปโมชันของอะตอมที่เคลื่อนที่

เพื่อตอบสนอง

ต่อพัลส์แรงดันไฟฟ้า”นี่เป็นครั้งแรกที่มีผู้ใช้ UED ซึ่งตรวจจับการเคลื่อนไหวของอะตอมขนาดเล็กในวัสดุโดยการกระเจิงลำแสงอิเล็กตรอนพลังงานสูงออกจากตัวอย่าง เพื่อสังเกตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ระหว่างการทำงาน ศาสตราจารย์ด้านวัสดุศาสตร์และวิศวกรรม และผู้เขียนอาวุโสของการศึกษา

กล่าวว่า “เราเริ่มคิดเกี่ยวกับเรื่องนี้เมื่อสามปีที่แล้ว และไม่นานก็ตระหนักว่าเทคนิคที่มีอยู่นั้นไม่เร็วพอ” “ดังนั้นเราจึงตัดสินใจที่จะสร้างของเราเอง โครงสร้างอะตอมยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อใช้เทคนิคใหม่นี้ ทีมงานค้นพบว่าการใช้พัลส์ไฟฟ้าอย่างรวดเร็วกับ VO 2ทำให้วัสดุเข้าสู่สถานะอิเล็กทรอนิกส์

ที่ไม่มีอยู่จริง สถานะนี้ซึ่งกินเวลาเพียงไมโครวินาที จะปรากฏขึ้นเมื่อวัสดุเปลี่ยนจากการเป็นฉนวนเป็นการนำไฟฟ้า โครงสร้างอะตอมของเฟสกึ่งกลางและเมตาสเตเบิลที่ผิดปกตินี้ยังคงเหมือนเดิมตลอดช่วงการเปลี่ยนผ่าน Xiaozhe Shenสมาชิกในทีม SLAC อธิบายว่าสิ่งนี้มีความสำคัญเนื่องจากสถานะ

การเป็นฉนวนและตัวนำของวัสดุมีการจัดเรียงตัวของอะตอมที่แตกต่างกันเล็กน้อย และโดยปกติแล้วจะต้องใช้พลังงานในการเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปสู่อีกสถานะหนึ่ง อย่างไรก็ตาม เมื่อการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นผ่านสถานะขั้นกลาง การสลับจะเกิดขึ้นได้โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในการจัดเรียงอะตอม

ที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้านั้นน่าจะเสถียรโดยปฏิสัมพันธ์ระหว่างพื้นผิวระหว่างระยะสมดุล ตลอดจนความไม่สม่ำเสมอ (ความผิดปกติ) ที่ละเอียดอ่อนในวัสดุที่ระดับนาโน ขณะนี้พวกเขากำลังศึกษาวิธีการแก้ไขข้อบกพร่องทางวิศวกรรมของวัสดุเพื่อทำให้สถานะใหม่นี้มีความเสถียรมากขึ้นและใช้งานได้ยาวนานขึ้น

ในท้ายที่สุด 

การวิจัยสามารถทำให้สามารถสร้างอุปกรณ์ที่การสลับทางอิเล็กทรอนิกส์เกิดขึ้นโดยไม่มีการเคลื่อนที่ของอะตอม ซึ่งจะทำให้สวิตช์ทำงานได้เร็วขึ้นและใช้พลังงานน้อยลง เทคนิคการถ่ายภาพใหม่ของทีมยังมีการใช้งานที่กว้างขึ้น: ลินเดนเบิร์กชี้ให้เห็นว่าการทำความเข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้นในระดับอะตอม

รูปแบบการบีบอัดนี้จะใช้ได้เฉพาะในกรณีที่ข้อสันนิษฐานพื้นฐานถูกต้องเท่านั้น ตามที่ฉันได้อธิบาย ขีดจำกัดบนของรูปแบบเฉพาะของ  ที่อธิบายโดย ƒ NLนั้นสอดคล้องกับข้อสันนิษฐานนี้ แต่อาจมีการจากไปอื่น ๆ ที่เราไม่รู้ว่าจะอธิบายลักษณะอย่างไร ขั้นตอนการวิเคราะห์มาตรฐานจะมองข้ามสิ่งเหล่านี้ไป 

ดังนั้นการตรวจสอบข้อมูลอย่างเข้มงวดด้วยเครื่องมือต่างๆ ให้มากที่สุดจึงเป็นสิ่งสำคัญเพื่อตรวจสอบว่าเราไม่ได้ละทิ้งเงื่อนงำสำคัญใดๆความผิดปกติที่เป็นไปได้ที่ตรวจพบโดย WMAP รวมถึง “จุดเย็น” ที่น่าสงสัยซึ่งดูเหมือนจะเย็นกว่าที่คาดไว้ตามสถิติเกาส์เซียน WMAP ยังเผยให้เห็นการจัดตำแหน่ง

ที่ไม่คาดคิดระหว่างรูปแบบความผันผวนบนสเกลเชิงมุมขนาดใหญ่ ส่วนใหญ่ระหว่างโหมดควอดรูโพล (90°) และออคทูโพล (45°) ซึ่งสอดคล้องกับสองจุดแรกทางด้านซ้ายของรูปที่ 2 และสุดท้าย มีความไม่สมมาตรที่ทำเครื่องหมายไว้ ในคุณสมบัติทางสถิติของ CMB ที่สังเกตได้ระหว่างซีกโลกเหนือ

และใต้ของระนาบสุริยุปราคาความคิดเห็นเกี่ยวกับความผิดปกติของ WMAP เหล่านี้แตกต่างกันไปในหมู่นักจักรวาลวิทยา โดยหลายคนคิดว่าสิ่งเหล่านี้เป็นเพียงสิ่งประดิษฐ์ที่เป็นระบบของขั้นตอนการทดลอง แต่คนอื่นๆ เชื่อว่าอาจให้เบาะแสแก่ฟิสิกส์นอกเหนือจากแบบจำลองมาตรฐาน 

(เช่น การเบี่ยงเบนจากหลักการของจักรวาลวิทยา) ที่น่าประหลาดใจคือความผิดปกติทั้งหมดที่พบโดย WMAP นั้นมีอยู่ในข้อมูลของพลังค์ด้วย ยังไม่มีมติเป็นเอกฉันท์เกี่ยวกับความสำคัญของพวกเขา

อะไรต่อไป?โดยสรุป สิ่งที่พลังค์ทำคือการยืนยันและทำให้มุมมองมาตรฐานของจักรวาลวิทยาที่มีอยู่แล้วแม่นยำยิ่งขึ้น แทนที่จะให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ที่น่าทึ่งและปฏิวัติวงการ ได้เพิ่มความแม่นยำ

Credit : เว็บสล็อตแท้ / สล็อตเว็บตรงไม่ผ่านเอเย่นต์