.In a sea of magic angles, 'twistons' keep electrons flowing through three layers of graphene
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.In a sea of magic angles, 'twistons' keep electrons flowing through three layers of graphene
마법의 각도의 바다에서 '트위스톤'은 3층의 그래핀을 통해 전자를 계속 흐르게 합니다
Ellen Neff, Columbia University Quantum Initiative 여기에 묘사된 3개의 그래핀 층에서 국부적 비틀림 각도는 이 장치의 "마법의 각도"에 가까운 약 1.5도(파란색)에서 약 1.9도(빨간색)까지 다양합니다. 화살표는 비틀림 각도 와류 또는 비틀림을 보여줍니다. 이러한 무질서한 영역은 전체 장치를 보다 질서 있게 만드는 데 도움이 됩니다. 크레딧: Simon Turkel APRIL 8, 2022
-약간 꼬인 그래핀 두 층의 초전도 발견은 몇 년 전 양자 재료 커뮤니티에 큰 파장을 일으켰습니다. 연구원들은 원자 두께의 탄소 시트 두 장으로 물질을 통한 전자의 이동과 관련된 다른 현상 중에서 저항 없는 전기 흐름을 연구하는 간단한 장치를 발견했습니다. 그러나 두 층 사이의 비틀림 각도는 1.1도의 소위 "마법" 각도에서 정확히 맞아야 현상을 관찰할 수 있습니다. 그 이유는 층의 원자가 비틀림에 저항하고 다시 0도 각도로 '완화'되기를 원하기 때문이라고 조슈아 스-완(Joshua Swann) 박사는 설명합니다. 컬럼비아 딘 랩의 학생. 마법의 각이 사라지면 초전도도 사라집니다.
그래핀 의 세 번째 층을 추가하면 초전도성을 찾을 확률이 향상되지만 그 이유는 불분명합니다. 컬럼비아의 연구원들은 Science 에 기고하여 3층 그래핀의 물리적 구조에 대한 새로운 세부 사항을 밝혀 초전도성을 연구하는 데 3층이 2층보다 나은 이유를 설명합니다. 개별 원자 수준까지 이미징할 수 있는 현미경 을 사용하여 팀은 일부 영역의 원자 그룹 이 Ph.D. "twistons"라고 불리는 Pasupathy Lab의 학생. 이 꼬임은 질서 정연하게 나타나 장치 전체가 초전도 현상이 발생하는 데 필요한 마법의 각도를 더 잘 유지할 수 있도록 합니다. 연구를 위한 장치를 만든 Swann은 고무적인 결과라고 말했습니다.
-"저는 20~30개의 이중층 그래핀 장치를 만들었으며 초전도체를 2~3개 보았습니다."라고 그는 말했습니다. "세 개의 레이어를 사용하면 이중 레이어 시스템에서 연구하기 어려운 속성을 탐색할 수 있습니다." 이러한 특성은 -220°F의 상대적으로 높은 온도에서 초전도체인 큐프레이트(cuprate)라고 하는 복합 재료 부류와 겹칩니다.
-초전도의 기원에 대한 더 나은 이해는 연구원들이 낮은 온도를 유지하는 데 비용이 많이 소요될 필요가 없는 전기를 전도할 때 에너지를 잃지 않는 전선을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다. 미래에 연구자들은 스캔에서 보는 것을 삼중층 장치의 양자 현상 측정과 연결하기를 희망합니다. "만약 우리가 장치의 상부층과 하부층 사이의 각도 불일치 에 의존하는 이러한 꼬임을 제어할 수 있다면 초전도성 에 미치는 영향에 대한 체계적인 연구를 수행할 수 있습니다."라고 Turkel이 말했습니다. "흥미로운 공개 질문입니다." 추가 탐색 마법각 트위스트 3층 그래핀에서 초전도성에 대한 이해를 향상시키는 연구 추가 정보: Simon Turkel, Joshua Swann, et al. 매직 앵글 꼬인 삼층 그래핀의 질서 정연한 무질서. Science 376, 193-199 (2022) DOI: 10.1126/science.abk1895 저널 정보: 과학 Columbia University Quantum Initiative 제공
https://phys.org/news/2022-04-sea-magic-angles-twistons-electrons.html
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메모 2204091036 나의 사고실험 oms 스토리텔링
그래핀의 모아레 패턴인 각도을 틀어 빈공간을 만들면 초전도체 현상이 나타나는 모양이다. 비틀림 각도는 1.1도의 소위 "마법" 각도에서 정확히 맞아야 현상을 관찰할 수 있다고 전한다. 20~30개의 이중층 그래핀 장치를 만들었으며 초전도체를 2~3개 보았다. 20조 개이면 2조개의 '초전도체 그래핀이 나타난다'는 뜻이 아닌감. 허허.
그래핀 초전도체의 거대 구조물을 만들어낼 수 있으면 물이나기체, 온도처럼 작은 구멍으로 빠져나가는 건물도 보게 될듯..허허. 샘플a.oms=1의 값이 전자흐름을 수평으로 유지하며 조석현상처럼 빠져나가고 다시 들어온다. 허허.
우주를 샘플a.oms나 샘플c,oss로 해석하는 문제도 결국은 각도의 비틀림에서 비가역적인 시간의 흐름이나 빅뱅사건, 초신성 폭발과 우주 거대구조 웹의 발현도 초전도 물질처럼 작동하는 것일 수 있다.
이를 샘플a.oms 정의역(2204091057)으로 설정하고자 한다. 샘플a.oms의 다중층 1.1 각도 비틀림으로 우주물질의 초전도체화, 빛의 광자적 동력개념을 정의한다. 허허.
우주의 물질들이 어떻게 움직이는지 이제 단서를 찾아낸듯 하다. 그것은 샘플a.oms의 다중적 1.1각도vix.a의 비틀림에서 나온거여. 쩌어업! 이제 퍼즐이 맞춰지는듯..
Sample a.oms (standard)
b0acfd 0000e0
000ac0 f00bde
0c0fab 000e0d
e00d0c 0b0fa0
f000e0 b0dac0
d0f000 cae0b0
0b000f 0ead0c
0deb00 ac000f
ced0ba 00f000
a0b00e 0dc0f0
0ace00 df000b
0f00d0 e0bc0a
sample b.quasi oms(standard)
0100000010=0,2
0010000100
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0010001000
0001010000
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2000000000
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sample b.prime oms(standard)
q0000000000
00q00000000
0000q000000
000000q0000
00000000q00
0000000000q
0q000000000
000q0000000
00000q00000
0000000q000
000000000q0
sample c.oss(standard)
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzzx
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca
=bigrip/zerosum, npir+c(dark energy)
sample c.oss
domain(2203080543):
-The discovery of superconductivity in two layers of slightly twisted graphene made a big splash in the quantum materials community a few years ago. Researchers have discovered a simple device to study the flow of electricity without resistance, among other phenomena related to the movement of electrons through matter with two atom-thick sheets of carbon. However, the twist angle between the two layers must be exactly right at a so-called "magic" angle of 1.1 degrees to observe the phenomenon. The reason is that the atoms in the layer want to resist torsion and 'relax' back to a zero-degree angle, explains Dr. Joshua Swann. A student at Columbia Dean Lab. When the magic angle disappears, so does the superconductivity.
-Adding a third layer of graphene improves the probability of finding superconductivity, but the reason is unclear. Researchers at Columbia have published new details about the physical structure of three-layer graphene in Science, explaining why three-layers are better than two-layers for studying superconductivity. Using a microscope capable of imaging down to the level of individual atoms, the team found that groups of atoms in some areas were Ph.D. A student at the Pasupathy Lab called "twistons". This twist appears in an orderly fashion, allowing the device as a whole to better maintain the magic angle needed for superconductivity to occur. Swann, who created the device for the study, said the results were encouraging.
-"I've made 20 or 30 double-layer graphene devices and I've seen two or three superconductors," he said. “Three layers allow us to explore properties that are difficult to study in a dual-layer system.” These properties overlap with a class of composite materials called cuprates, which are superconductors at relatively high temperatures of -220°F.
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memo 2204091036 my thought experiment oms storytelling
When an empty space is created by changing the angle, which is the moiré pattern of graphene, the superconductor phenomenon appears. The torsion angle must be exactly right at a so-called "magic" angle of 1.1 degrees to observe the phenomenon. They made 20-30 double-layer graphene devices and saw 2-3 superconductors. If it is 20 trillion, it does not mean that 2 trillion 'superconducting graphene appears'. haha.
If we can create a gigantic structure of graphene superconductors, we will see buildings that escape through small holes like water, gas, and temperature. A value of sample a.oms=1 keeps the electron flow horizontal and exits and re-enters like a tidal phenomenon. haha.
The problem of interpreting the universe as sample a.oms or sample c, oss may ultimately be that the irreversible passage of time in the twist of an angle, the big bang event, the supernova explosion, and the appearance of the cosmic giant web behave like superconducting materials.
We want to set this as the sample a.oms domain (2204091057). Multilayer 1.1 Angular Twisting of Sample a.oms Defines the concept of photonic power of light, superconducting of cosmic matter. haha.
It seems that we have now found clues about how matter in the universe works. It comes from the twisting of multiple 1.1 angle vix.a of sample a.oms. Wow! Now the puzzle is coming together...
Sample a.oms (standard)
b0acfd 0000e0
000ac0 f00bde
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f000e0 b0dac0
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0deb00 ac000f
ced0ba 00f000
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sample b.quasi oms(standard)
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sample c.oss(standard)
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xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca
=bigrip/zerosum, npir+c(dark energy)
sample c.oss
domain(2203080543):
.Designing Catalysts for Sustainable Fuels Using Electrochemistry
전기화학을 사용한 지속 가능한 연료용 촉매 설계 주제:촉매기후 변화에너지와 함께재생 에너지 지속 가능성
작성자: NANCY W. STAUFFER, MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY 2022년 4월 9일 화학 촉매 개념
Yogesh Surendranath와 그의 팀은 지속 가능한 연료를 위한 촉매 설계 문제를 해결하기 위해 강력한 전기화학 기술을 도입하고 있습니다. 에너지 시스템을 탈탄소화하는 데 있어 한 가지 문제는 새로운 유형의 연료를 처리하는 방법을 아는 것입니다. 천연 가스 및 오일과 같은 기존 연료는 다른 물질과 결합된 다음 고온으로 가열되어 화학적 반응을 통해 다른 유용한 연료나 물질, 또는 작업을 수행하는 에너지를 생성할 수 있습니다. 그러나 바이오 연료와 같은 신소재는 분해되지 않고는 많은 열을 흡수할 수 없습니다.
이러한 화학 반응의 핵심 성분은 반응이 일어나도록 하기 위해 추가되는 특수 설계된 고체 촉매이지만 그 자체는 그 과정에서 소모되지 않습니다. 기존 재료의 경우 고체 촉매는 일반적으로 가스와 상호 작용합니다. 그러나 예를 들어 바이오매스에서 파생된 연료의 경우 촉매는 액체와 함께 작동해야 합니다. 이는 촉매를 설계하는 사람들에게 특별한 도전입니다. 거의 10년 동안 MIT 화학 부교수인 Yogesh Surendranath 는 고체 촉매와 액체 사이의 화학 반응에 집중해 왔지만 상황은 다릅니다. 화학적으로 비활성인 분자가 반응할 수 있도록 더 많은 에너지를 제공하기 위해 풍력이나 태양열과 같은 재생 가능한 에너지원 또는 배터리. 그리고 그들의 연구의 핵심은 액체와 관련된 반응에 잘 작동하는 고체 촉매를 설계하고 제작하는 것입니다.
지속 가능한 액체 연료를 개발하기 위해 바이오매스를 사용할 필요성을 인식한 Surendranath는 그와 그의 팀이 전기로 액체-고체 반응을 유도하고 전기 없이 액체-고체 계면에서 발생하는 반응에 적용하기 위해 촉매 설계에 대해 배운 원리를 사용할 수 있는지 궁금했습니다. 모든 전기 입력. 놀랍게도 그들은 자신의 지식이 직접적인 관련이 있음을 발견했습니다.
왜요? "놀랍게도 우리가 발견한 것은 와이어를 촉매에 연결하지 않아도 반응을 수행하는 작은 내부 '와이어'가 있다는 것입니다."라고 Surendranath는 말합니다. "따라서 사람들이 일반적으로 전류의 흐름 없이 작동한다고 생각하는 반응은 실제로 전자가 한 곳에서 다른 곳으로 이동하는 것과 관련이 있습니다." 이는 Surendranath와 그의 팀이 전기화학의 강력한 기술을 사용하여 지속 가능한 연료용 촉매 설계 문제를 해결할 수 있음을 의미합니다.
촉매 반응 전기화학 이 그림은 재생 가능한 연료와 화학 물질을 생산하기 위한 화학 반응의 두 가지 관점을 나타냅니다. 위 방정식은 반응물(R)과 산소(O2)가 생성물(P)과 물(H2O)로 전환되는 것을 나타냅니다. 아래 다이어그램은 전체 반응이 회색 구조로 표시되는 별도의 촉매 물질에서 발생하는 두 개의 조정된 반쪽 반응의 결과라는 연구원의 가설을 보여줍니다. 왼쪽 촉매에서 반응물은 생성물로 변하여 전자(e-)를 탄소 지지체 물질(검정색)로 보내고 양성자(H+)를 물(파란색)로 보냅니다. 오른쪽 촉매에서 전자와 양성자는 산소와 물의 반응을 유도할 때 소모됩니다. 신용: 연구원의 이미지 제공.
새로운 가설 그들의 연구는 에탄올, 메탄올 및 포름산 과 같은 작은 유기(탄소 함유) 분자에 산소를 추가하는 것과 관련된 에너지 전환에 중요한 화학 반응의 종류에 초점을 맞추었습니다 . 기존의 가정은 반응물과 산소가 화학적으로 반응하여 생성물과 물을 형성한다는 것입니다. 그리고 고체 촉매(종종 금속의 조합)가 존재하여 반응물과 산소가 상호작용할 수 있는 부위를 제공합니다. 그러나 Surendranath는 무슨 일이 일어나고 있는지에 대해 다른 견해를 제시했습니다. 일반적인 설정에서 각각 많은 나노 입자로 구성된 두 개의 촉매가 전도성 탄소 기판에 장착되고 물에 잠겨 있습니다. 그 배열에서 음으로 하전된 전자는 탄소를 통해 쉽게 흐를 수 있는 반면 양으로 하전된 양성자는 물을 통해 쉽게 흐를 수 있습니다. Surendranath의 가설은 반응물의 생성물로의 전환이 2개의 촉매에 대한 2개의 개별 "반쪽 반응"을 통해 진행된다는 것입니다.
하나의 촉매에서 반응물은 생성물로 변하며, 그 과정에서 전자는 탄소 기질로, 양성자는 물 속으로 보내집니다. 그 전자와 양성자는 다른 촉매에 의해 포착되어 산소에서 물로의 전환을 유도합니다. 따라서 단일 반응 대신 두 개의 개별적이지만 조정된 반쪽 반응이 함께 반응물의 생성물로의 순 전환을 달성합니다. 결과적으로 전체 반응에는 실제로 순 전자 생산 또는 소비가 포함되지 않습니다. 이것은 분자의 에너지와 약간의 추가 열로 인해 발생하는 표준 "열" 반응입니다. 이러한 반응을 위한 촉매를 설계하는 기존의 접근 방식은 반응물에서 생성물로의 전환 속도를 높이는 데 초점을 맞출 것입니다. 그리고 그러한 종류의 반응을 위한 가장 좋은 촉매는 금이나 팔라듐 또는 다른 값비싼 귀금속인 것으로 판명될 수 있습니다. 그러나 그 반응이 실제로 수렌드라나트가 제안한 것처럼 두 개의 반쪽 반응을 포함한다면 그들 사이에 전하(전자와 양성자)의 흐름이 있습니다.
따라서 Surendranath와 현장의 다른 사람들은 대신 전기화학 기술을 사용하여 전체 반응을 위한 단일 촉매가 아니라 두 개의 개별 촉매를 설계할 수 있었습니다. Surendranath는 "이는 전체 반응 속도를 높이는 모든 무거운 작업을 수행하기 위해 하나의 촉매를 설계할 필요가 없다는 것을 의미합니다."라고 말합니다. "우리는 두 개의 저렴하고 지구에 풍부한 촉매를 짝지을 수 있을 것입니다. 각 촉매는 반응의 절반을 잘 수행하고 함께 전체 변환을 빠르고 효율적으로 수행합니다." 그러나 한 가지 더 고려해야 할 사항이 있습니다.
전자는 촉매 입자와 탄소 기질을 포함하는 전체 촉매 복합체를 통해 흐를 수 있습니다. 화학 전환이 가능한 한 빨리 일어나려면 전자가 촉매 복합체에 들어가는 속도가 전자가 빠져나가는 속도와 정확히 일치해야 합니다. 전자에만 초점을 맞추면 첫 번째 촉매의 반응에서 생성물로의 전환이 두 번째 촉매의 산소에서 물로의 전환이 걸리는 것과 같은 초당 동일한 수의 전자를 촉매 복합체의 "전자 수조"로 보내는 경우 두 개의 반쪽 반응이 균형을 이루고 전자 흐름과 결합된 반응의 속도가 빨라집니다. “좋은 촉매 또는 한 쌍의 촉매는 전위(기본적으로 전압)를 유지할 수 있으며, 이 전위에서 두 반쪽 반응이 모두 빠르고 균형이 잡힙니다. 공부하다; 류현진은 현재 하버드 대학교에서 박사후 연구원으로 재직 중이다. "반응 속도는 동일하고 촉매 복합체의 전압은 전체 열 반응 동안 변하지 않습니다."
전압 촉매 합성물 이 다이어그램에서 관찰된 촉매 작용을 담당하는 두 개의 "숨겨진" 반쪽 반응이 상자의 반대쪽에 묘사되어 있습니다. 상자의 반대쪽에는 촉매 합성물(촉매와 탄소 기질)의 전압 수준이 분홍색으로 표시되어 있습니다. 반응물에서 생성물로의 전환은 왼쪽에 있고, 산소에서 물로 전환되는 것은 오른쪽에 있습니다. 잘 짝을 이루는 촉매 쌍을 사용하면 왼쪽의 반응에서 오른쪽의 반응이 전자를 포착하는 것과 같은 속도로 전자를 방출하고 전압은 일정합니다. 목표는 두 반응 속도가 모두 높을 때 일치가 발생하는 것입니다. 신용: 연구원의 이미지 제공.
전기화학 그리기 그들의 새로운 이해를 바탕으로 Surendranath, Ryu 및 동료들은 전기화학 기술로 전환하여 함께 잘 작동하도록 짝을 이루는 각 반쪽 반응에 대한 좋은 촉매를 식별했습니다. 두 개의 반쪽 반응을 결합하는 시스템에 대한 촉매 개발을 안내하기 위한 분석 프레임워크는 거의 100년 동안 부식을 이해하는 데 사용된 이론에 기반을 두고 있지만, 부식에 중요한 작은 분자를 포함하는 반응에 대한 촉매를 이해하거나 설계하는 데 거의 적용되지 않았습니다. 에너지 전환. 그들의 작업의 핵심은 시스템의 전압을 수동적으로 측정하거나 전압을 능동적으로 변경하여 반응을 일으킬 수 있는 전압계 유형인 전위차계입니다. 그들의 실험에서 Surendranath와 그의 팀은 potentiostat를 사용하여 실시간으로 촉매의 전압을 측정하고 밀리초에서 밀리초로 어떻게 변하는지 모니터링합니다. 그런 다음 이러한 전압 측정을 전체 촉매 속도의 동시적이지만 개별적인 측정과 연관시켜 반응 경로를 이해합니다.
작은 에너지 관련 분자의 전환에 대한 연구를 위해 그들은 먼저 일련의 촉매를 테스트하여 각 반쪽 반응에 좋은 촉매를 찾았습니다. 하나는 반응물을 생성물로 전환하여 전자와 양성자를 생성하고 다른 하나는 산소를 전환 물에 전자와 양성자를 소비합니다. 각각의 경우에 유망한 후보는 빠른 반응, 즉 전자와 양성자의 외부 또는 내부로의 빠른 흐름을 생성합니다. 첫 번째 반쪽 반응을 수행하는 데 효과적인 촉매를 식별하는 데 도움이 되도록 연구원들은 전위차 조절기를 사용하여 신중하게 제어된 전압을 입력하고 촉매를 통해 흐르는 결과 전류를 측정했습니다. 좋은 촉매는 적은 전압으로 많은 전류를 발생시킵니다. 열악한 촉매는 동일한 양의 전류를 얻기 위해 높은 인가 전압을 필요로 합니다. 그런 다음 팀은 두 번째 반쪽 반응에 대한 좋은 촉매를 식별하기 위해 동일한 절차를 따랐습니다. 전체 반응을 촉진하기 위해 연구자들은 잘 일치하는 두 개의 촉매를 찾아야 했습니다. 주어진 인가 전압에서 전류의 양이 각각에 대해 높아서 하나는 전자와 양성자의 빠른 흐름을 생성하고 다른 하나는 같은 비율로 소비했습니다.
유망한 쌍을 테스트하기 위해 연구원들은 전위차 조절기를 사용하여 순 촉매 동안 촉매 복합물의 전압을 측정했습니다. 이전과 같이 전압을 변경하지 않고 이제는 작은 샘플에서 측정하기만 하면 됩니다. 각 테스트에서 전압은 자연스럽게 특정 수준에서 안정되며 목표는 두 반응의 비율이 높을 때 발생하는 것입니다. 그들의 가설을 검증하고 앞을 내다보기 두 개의 반쪽 반응을 테스트함으로써 연구원들은 인가 전압의 변화에 따라 각각의 반응 속도가 어떻게 변하는지 측정할 수 있었습니다. 이러한 측정을 통해 전체 반응이 가장 빠르게 진행되는 전압을 예측할 수 있었습니다. 전체 반응의 측정값은 그들의 예측과 일치하여 그들의 가설을 뒷받침했습니다. 본질적으로 열적이라고 생각되는 반응을 조사하기 위해 전기화학 기술을 사용하는 팀의 새로운 접근 방식은 이러한 반응이 발생하는 세부 단계에 대한 새로운 통찰력을 제공하고 이에 따라 촉매를 설계하여 속도를 높이는 방법에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다. Ryu는 "이제 분할 정복 전략을 사용할 수 있습니다.
"우리는 우리 연구에서 순 열 반응이 두 개의 '숨겨진' 하지만 결합된 반쪽 반응을 통해 발생한다는 것을 알고 있으므로 한 번에 하나의 반쪽 반응을 최적화하는 것을 목표로 할 수 있습니다. Surendranath는 다음과 같이 덧붙입니다. “이 연구에서 우리가 흥분하는 것 중 하나는 결과 자체가 최종적인 것이 아니라는 것입니다. 재생 가능한 연료 및 화학 물질의 생산 및 변환을 위한 촉매를 설계하는 새로운 방법을 포함하여 우리 연구 프로그램에 완전히 새로운 추진 영역을 뿌렸습니다.” 이 연구는 주로 공군 과학 연구실의 지원을 받았습니다. 류재윤 PhD '21은(는) 삼성 장학금으로 지원되었습니다. National Science Foundation 대학원 연구 펠로우쉽이 추가 지원을 제공했습니다. 이 기사는 MIT Energy Initiative의 잡지인 Energy Futures의 2021년 가을호에 실렸습니다.
https://scitechdaily.com/designing-catalysts-for-sustainable-fuels-using-electrochemistry/
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