.Topological Materials Are Everywhere – New Database Reveals Over 90,000
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.Topological Materials Are Everywhere – New Database Reveals Over 90,000
토폴로지 재료는 어디에나 있습니다 - 새로운 데이터베이스는 90,000개 이상을 보여줍니다
주제:재료과학와 함께인기 있는토폴로지 작성자: JENNIFER CHU, MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY 2022년 5월 23일 토폴로지 재료 데이터베이스 검색 가능한 새로운 데이터베이스는 혼란에도 불구하고 그대로 유지되는 전자 특성을 가진 90,000개 이상의 알려진 재료를 보여줍니다. 크레딧: Christine Daniloff, MIT
-검색 가능한 도구는 혼란에도 불구하고 동요되지 않는 전자 특성을 가진 90,000개 이상의 알려진 재료를 보여줍니다. 우리의 전자 제품이 더 똑똑하고, 더 빠르고, 더 탄력적이 되기 위해서는 무엇이 필요할까요? 한 가지 아이디어는 토폴로지 재료로 구성하는 것입니다. 토폴로지는 특정 필수 속성을 잃지 않고 조작하거나 변형할 수 있는 모양을 연구하는 수학의 한 분야에서 유래합니다. 도넛이 일반적인 예입니다.
도넛이 고무로 만들어진 경우 도넛을 비틀어서 커피 머그와 같은 완전히 새로운 모양으로 짜낼 수 있지만 핵심 특성인 중앙 구멍은 다음과 같은 형태를 취합니다. 컵의 손잡이. 이 경우 구멍은 특정 변형에 대해 견고한 위상 특성입니다. 최근 몇 년 동안 과학자들은 유사하게 강력한 전자 특성을 가진 물질의 발견에 토폴로지 개념을 적용했습니다. 2007년에 연구자들은 첫 번째 전자 위상 절연체를 예측했습니다. 전자가 "위상적으로 보호되는" 방식으로 행동하거나 특정 중단에 직면하여 지속되는 물질입니다.
그 이후로 과학자들은 더 우수하고 탄력적인 전자 장치를 만들기 위해 더 많은 토폴로지 재료를 검색했습니다. 최근까지 그러한 자료는 극소수에 불과했으며 따라서 희귀한 것으로 간주되었습니다. 이제 MIT 와 다른 곳 의 연구원 들은 사실 위상학적 물질이 어디에나 있다는 것을 발견했습니다. 찾는 방법만 알면 됩니다. 2022년 5월 20일 Science 저널에 발표된 논문에서 Princeton 대학 의 Nicolas Regnaault와 École Normale Supérieure Paris가 이끄는 팀은 96,000개 이상의 자연 및 합성 결정질 재료. 그들은 정교한 필터를 적용하여 각 구조에 어떤 종류의 위상 특성이 존재하는지 확인했습니다. 전반적으로, 그들은 알려진 모든 결정 구조의 90%가 적어도 하나의 위상 특성을 포함하고 있으며 모든 자연 발생 물질의 50% 이상이 일종의 위상 거동을 나타낸다는 것을 발견했습니다.
-"우리는 토폴로지가 어디에나 존재한다는 것을 발견했습니다."라고 MIT 물리학과의 박사 후 연구원이자 공동 책임자인 Benjamin Wieder는 말합니다. 팀은 새로 식별된 재료를 토폴로지 주기율표와 유사하고 자유롭게 액세스할 수 있는 새로운 토폴로지 재료 데이터베이스 로 편집했습니다. 이 새로운 라이브러리를 통해 과학자들은 관심 있는 재료에서 보유할 수 있는 토폴로지 특성을 빠르게 검색하고 이를 활용하여 초저전력 트랜지스터, 새로운 자기 메모리 스토리지 및 강력한 전자 특성을 가진 기타 장치를 구축할 수 있습니다.
이 논문에는 공동 주저자인 Donostia International Physics Center의 Maia Vergniory, Basque Country 대학의 Luis Elcoro, Max Planck Institute의 Stuart Parkin과 Claudia Felser, Princeton 대학의 Andrei Bernevig가 포함되어 있습니다. 직관을 넘어서 새로운 연구는 토폴로지 재료에 대한 전통적인 검색을 가속화하려는 열망에 의해 동기가 부여되었습니다. "원재료가 발견된 방법은 화학적 직관을 통해서였습니다."라고 Wieder는 말합니다. “그 접근 방식은 초기에 많은 성공을 거두었습니다. 그러나 우리가 이론적으로 더 많은 종류의 토폴로지 단계를 예측함에 따라 직관이 우리를 그다지 멀리 데려가지 못하는 것 같았습니다.” Wieder와 그의 동료들은 대신에 무기 고체 상태 물질로도 알려진 알려진 모든 결정 구조에서 토폴로지의 징후 또는 강력한 전자 동작을 근절하기 위해 효율적이고 체계적인 방법을 사용했습니다.
연구를 위해 연구자들은 연구한 결정질 물질의 원자 및 화학 구조를 입력하는 저장소인 ICSD(Inorganic Crystal Structure Database)를 살펴보았습니다. 데이터베이스에는 자연에서 발견된 재료와 실험실에서 합성 및 조작된 재료가 포함됩니다. ICSD는 현재 세계에서 가장 큰 재료 데이터베이스로, 구조가 매핑되고 특성화된 193,000개 이상의 결정이 포함되어 있습니다. 팀은 전체 ICSD를 다운로드했으며 손상된 파일이나 불완전한 데이터가 있는 구조를 제거하기 위해 일부 데이터 정리를 수행한 후 연구원들은 96,000개 이상의 처리 가능한 구조만 남게 되었습니다.
이러한 각 구조에 대해 그들은 화학 성분 간의 관계에 대한 기본 지식을 기반으로 일련의 계산을 수행하여 전자 밴드 구조라고도 하는 물질의 전자 구조 맵을 생성했습니다. 팀은 여러 대의 슈퍼컴퓨터를 사용하여 각 구조에 대한 복잡한 계산을 효율적으로 수행할 수 있었고 두 번째 작업 세트를 수행하는 데 사용했습니다. 이번에는 다양한 알려진 위상 위상 또는 각 결정 물질의 지속적인 전기적 거동을 스크리닝하는 데 사용되었습니다. "우리는 이 물질에서 특정 강력한 현상이 발생해야 하는 전자 구조의 서명을 찾고 있습니다."라고 Wieder는 설명합니다. 높은 처리량 분석에서 팀은 실험적 조작 없이 자연적으로 토폴로지가 있는 놀랍도록 많은 수의 재료와 예를 들어 빛 또는 화학적 도핑으로 조작할 수 있는 재료를 빠르게 발견하여 일종의 견고한 전자적 행동. 그들은 또한 특정 조건에 노출되었을 때 하나 이상의 위상 상태를 포함하는 소수의 재료를 발견했습니다.
"3D 고체 상태 물질에서 물질의 위상 위상은 전류와 전자 스핀의 상호 변환, 고에너지 물리학의 외래 이론의 탁상 시뮬레이션, 적절한 조건, 양자 정보의 저장 및 조작"이라고 Wieder는 말합니다. 그러한 효과를 연구하는 실험자들을 위해 Wieder는 팀의 새로운 데이터베이스가 이제 탐색할 새로운 재료의 무리를 드러낸다고 말합니다. 참조: Maia G. Vergniory, Benjamin J. Wieder, Luis Elcoro, Stuart SP Parkin, Claudia Felser, B. Andrei Bernevig 및 Nicolas Regnot의 "모든 비자성 화학량론적 재료의 모든 토폴로지 밴드", 2022년 5월 20일, Science . DOI: 10.1126/science.abg9094 이 연구는 부분적으로 미국 에너지부, 국립 과학 재단 및 해군 연구실의 자금 지원을 받았습니다.
https://scitechdaily.com/topological-materials-are-everywhere-new-database-reveals-over-90000/
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메모 2206300427 나의사고실험 oms 스토리텔링
물건은 재료가 동일하면 같은 제품으로 분류한다. 플라스틱 재료는 마치 도넛츠 모양의 토폴로지을 연상 시킨다. 토폴로지가 어디에나 존재한다는 것을 발견된다. 새로 식별된 재료를 토폴로지 주기율표와 유사하고 자유롭게 액세스할 수 있는 새로운 토폴로지 재료 데이터베이스로 편집할 수 있다.
이는 마치 샘플a.oms안에 양자 역학적 쿼크와 글루온으로 만으로 조합하여 해석하는 원소 주기율표의 재료들의 데이타 값과 유사하다. 우주의 시공간 존재하는 모든 것이 oms 토폴로지이다. 허허.
Sample a.oms (standard)
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sample c.oss(standard)
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzzx
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca
=bigrip/zerosum, npir+c(dark energy)
sample c.oss
domain(2203080543):
-Searchable tool shows more than 90,000 known materials with electronic properties that remain unshakable despite confusion. What does it take to make our electronics smarter, faster and more resilient? One idea is to construct it from topological materials. Topology comes from the branch of mathematics that studies shapes that can be manipulated or deformed without losing certain essential properties. Donuts are a common example.
-"We found that topologies are ubiquitous," says Benjamin Wieder, a postdoctoral fellow and co-director in the MIT Department of Physics. The team compiled the newly identified materials into a new freely accessible database of topological materials similar to the topological periodic table. This new library allows scientists to quickly search for possible topological properties in materials of interest and utilize them to build ultra-low-power transistors, novel magnetic memory storage, and other devices with robust electronic properties.
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Memo 2206300427 My Thought Experiment oms Storytelling
Items are classified as the same product if they have the same material. The plastic material is reminiscent of a donut-shaped topology. It is found that the topology is ubiquitous. Newly identified materials can be compiled into a new freely accessible database of topological materials similar to the topological periodic table.
This is similar to the data values of materials in the periodic table of elements analyzed by combining only quantum mechanical quarks and gluons in sample a.oms. Everything that exists in space-time in the universe is an oms topology. haha.
Sample a.oms (standard)
b0acfd 0000e0
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sample c.oss
domain(2203080543):
.Fermi-level tuning to improve the stability of 2D graphene-based FETs
2D 그래핀 기반 FET의 안정성 향상을 위한 페르미 레벨 튜닝
작성자: Ingrid Fadelli, Tech Xplore 출처: Knobloch et al, Nature Electronics (2022). DOI: 10.1038/s41928-022-00768-0 JUNE 28, 2022 FEATURE
2차원(2D) 반도체는 원자 규모의 두께를 갖는 반도체 물질의 한 종류입니다. 이러한 재료는 1nm 미만의 두께에서 우수한 이동성을 포함하여 많은 유리한 특성을 갖고 있어 전계 효과 트랜지스터(FET) 및 기타 전자, 광자 및 광전자 부품의 개발에 특히 유망합니다. 장점에도 불구하고 전자 부품 을 만드는 데 사용할 때 이러한 재료는 종종 제한된 전기적 안정성을 나타냅니다. 그 주된 이유는 반도체에서 비롯된 전하 캐리어가 장치 내부의 재료를 둘러싸고 있는 절연체의 결함과 상호 작용하여 장치의 안정성을 방해할 수 있기 때문입니다.
TU Wien과 AMO GmbH의 연구원들은 최근 2D 재료를 기반으로 하는 FET의 안정성을 개선하는 데 사용할 수 있는 전략을 시연했습니다. 네이처 일렉트로닉스( Nature Electronics ) 에 발표된 논문에서 소개된 이 전략 은 2D 재료 의 페르미 준위를 조정하는 것을 수반하며 , 장치가 작동하는 동안 전하 캐리어와 게이트 절연체 결함 사이의 에너지 거리를 최대화합니다. "FET에서 결과적으로 포획된 전하는 큰 히스테리시스와 소자 드리프트를 유발할 수 있으며, 특히 일반적인 비정질 게이트 산화물(예: 실리콘 또는 하프늄 이산화물)이 사용될 때 안정적인 회로 작동을 방해할 수 있습니다."라고 연구원들은 밝혔습니다.
"우리는 비정질 게이트 산화물을 가진 그래핀 기반 전계 효과 트랜지스터 의 소자 안정성 이 페르미 레벨 조정에 의해 향상될 수 있음을 보여줍니다." 그들의 실험에서 연구원들은 산화 알루미늄(Al 2 O 3 )을 탑 게이트 산화물로 사용하여 다양한 그래핀 FET를 테스트하고 성능을 비교했습니다. 그들이 테스트한 장치 배치 중 하나는 또한 p-도핑된 그래핀 층을 사용했습니다. "우리는 채널의 전하 캐리어 와 비정질 알루미늄 게이트 산화물의 결함 밴드 사이의 에너지 거리를 최대화하기 위해 채널의 페르미 레벨을 의도적으로 조정했습니다 ."라고 연구원들은 논문에서 설명했습니다.
흥미롭게도 연구원들은 그들의 접근 방식이 트랜지스터의 안정성을 개선했음을 발견했습니다. 사실, 산화알루미늄의 결함(즉, 가장 p-도핑된 결함)에서 멀리 조정된 페르미 FET 배치는 일반적으로 작동 불안정과 관련된 두 가지 특성인 더 낮은 히스테리시스 및 바이어스 온도 불안정을 초래했습니다. 팀은 일련의 기술 컴퓨터 지원 설계(TCAD) 시뮬레이션을 실행하여 접근 방식의 효율성을 추가로 확인했습니다. 반도체 장치 및 프로세스 를 모델링하는 데 자주 사용되는 컴퓨터 시뮬레이션 입니다.
"전하 트래핑은 절연체의 결함 밴드와 채널의 페르미 준위의 에너지 정렬에 매우 민감하므로 우리의 접근 방식은 전체 트랩 수를 줄일 필요 없이 전기적 활성 경계 트랩의 양을 최대화합니다. 절연체 "라고 연구원들은 논문에 덧붙였습니다. 이 연구원 팀의 최근 작업은 안정적이고 안정적인 작동을 보장하기 위해 2D 반도체 기반 장치에 적합한 설계를 선택해야 할 필요성을 강조합니다.
미래에 그들의 논문에서 소개된 접근 방식은 2D 그래핀을 기반으로 하는 FET의 안정성을 개선하는 데 사용될 수 있습니다. 또한 동일한 전략이 결정질 절연체를 포함한 광범위한 절연체에 잠재적으로 적용될 수 있습니다. 다음 연구에서 연구원들은 제안된 전략을 추가로 테스트하여 다양한 재료 조합으로 가능하게 할 수 있는 안정성 수준을 결정할 계획입니다.
추가 탐색 새로운 데이터 저장 메모리 구축 추가 정보: Theresia Knobloch 등, 페르미 레벨 튜닝을 통해 비정질 게이트 산화물을 사용하는 2차원 트랜지스터의 안정성 개선, Nature Electronics (2022). DOI: 10.1038/s41928-022-00768-0 저널 정보: 네이처 일렉트로닉스
https://techxplore.com/news/2022-06-fermi-level-tuning-stability-2d-graphene-based.html
.From transistor to memristor: Switching technologies for the future
트랜지스터에서 멤리스터로: 미래를 위한 스위칭 기술
King Abdullah University of Science and Technology 제공 다층 육방정계 질화붕소로 만들어진 멤리스터의 3차원 개략도. 크레딧: Mario Lanza / KAUST JUNE 28, 2022
1947년 Bell 연구소의 트랜지스터 발명은 부피가 크고 깨지기 쉬운 진공관 제품보다 훨씬 더 적은 전력으로 더 작고 더 차갑게 작동하는 전자 장치의 시대를 열었습니다. 트랜지스터는 전류를 오프 상태에서 온 상태로 용이하게 하는 바이너리 스위치로 기능합니다.
라디오, 계산기 및 전화는 진공관을 새로운 반도체 기술로 대체한 최초의 기기 물결 중 하나였습니다. 기술이 점점 더 작아짐에 따라 이후 수십 년 동안 실리콘 트랜지스터가 장치에 꾸준히 통합되었으며 오늘날의 컴퓨터, 휴대폰, 시계, 심장 박동기 및 거의 모든 종류의 전자 장치는 고속 처리 및 메모리에 실리콘 트랜지스터에 의존합니다. 전류 저항을 기반으로 전도도 상태를 조절하기 위해 2차원 및 3차원 매트릭스 구성 또는 크로스바 어레이를 사용하여 이진 스위치를 에뮬레이트하는 전자 장치인 멤리스터를 입력합니다.
KAUST 재료 과학 및 공학 부교수인 Dr. Mario Lanza는 트랜지스터와 마찬가지로 멤리스터가 속도와 작동 효율성 면에서 트랜지스터를 능가하는 새로운 스위칭 기술 표준이 되는 것은 시간 문제라고 주장합니다. Lanza는 트랜지스터 발견 75주년을 기념하는 Science 잡지의 보도의 일환으로 최근에 발표된 리뷰 논문인 Memristive 기술 for data storage , compute , encryption, and radio-frequency communication 의 주 저자입니다.
업계와 학계의 공동 저자가 기여한 결과를 바탕으로 이 논문은 재료 및 응용 분야 전반에 걸쳐 멤리스터 기술 준비 수준을 지원하는 포괄적인 데이터 요약을 제공하는 최초의 보고서입니다. "멤리스터는 기본적으로 4가지 응용 분야에 적용할 수 있는 4가지 다른 재료로 만들어질 수 있으며 총 16가지 조합으로 이루어지며 이 문서에서는 이 모든 것을 다룹니다."라고 Lanza는 말했습니다. "우리는 이러한 다양한 구성에서 멤리스터가 어떻게 기능하는지에 대한 기술적 기준을 통계적으로 보여줍니다. 작동하는 방식을 알 수 있습니다. 이는 매우 흥미로운 일입니다.
우리의 연구 결과 모음은 현장에 중요한 영향을 미칠 수 있습니다." Lanza는 2차원 적층 재료와 페로브스카이트로 만들어진 멤리스터가 성능을 빠르게 개선하고 추가 응용 프로그램이 설계될 수 있기 때문에 미래에 다른 많은 조합이 가능할 것으로 예상합니다. 그 이상 현재의 칩 기술은 이미 크기 면에서 근본적인 양자역학적 한계에 도달했습니다. 칩 트랜지스터는 원자간 거리보다 작아질 수 없습니다. 축소는 선택 사항이 아니므로 멤리스틱 기술이 확장되어 모든 접합에서 절연 스위치(멤리스터)가 있는 금속 와이어의 나노 크기 매트릭스와 관련된 수직 3차원 기술을 통합합니다.
전압 펄스를 적용하면 절연이 끊어져 전류 흐름 경로가 생성됩니다. 전압을 제거할 때 재료의 수정된 구조는 전도성 고스트 또는 전압이 다시 인가될 때 초기 상태를 복구하기 위해 반전될 수 있는 메모리로 남아 있습니다. 이러한 방식으로 멤리스터는 전도 상태와 비전도 상태 사이를 전환할 수 있는 극성 스위치 역할을 합니다. Lanza는 이 기능이 통합 시퀀스 내에서 다양한 기능에 사용될 수 있다고 말했습니다.
전기 저항을 2개 이상의 비휘발성 수준으로 조정할 수 있는 멤리스틱 장치는 다른 재료를 사용하여 제작할 수 있습니다(맨 위 행). 이를 통해 다양한 기술의 요구 사항을 충족하도록 성능을 조정할 수 있습니다. Memristive 메모리가 현실이며 첨단 컴퓨팅, 보안 시스템 및 이동 통신(하단 행)에서 중요한 진전이 이루어지고 있습니다. 크레딧: King Abdullah University of Science and Technology
"멤리스터는 스위스 군용 칼과 같습니다. 다양한 용도로 사용할 수 있습니다."라고 Lanza가 말했습니다. "25개의 안정적인 상태나 불안정한 상태, 또는 10개 또는 2개의 상태를 원하든지 조정할 수 있는 많은 상태가 있는 스위치입니다. 그리드는 빠른 속도로 고급 계산을 수행하도록 프로그래밍할 수 있으며 훨씬 적은 공간에서 훨씬 적은 에너지를 소비합니다. 응용 프로그램 - 그렇지 않으면 많은 트랜지스터가 동일한 작업을 수행해야 하는 계산입니다." Lanza가 멤리스터를 만드는 데 사용하고 있는 4가지 종류의 비실리콘 기반 재료는 이산화 하프늄과 같은 금속 산화물입니다. 상 변화, 즉, 칼코겐; 자성, 즉 코발트 또는 철; 및 강유전성, 즉, 바륨 티타네이트. 멤리스터가 사용되는 주요 응용 프로그램은 저장, 계산, 통신 및 암호화입니다.
사용된 재료와 적용된 전기 저항에 따라 다양한 기술의 요구 사항을 충족하도록 성능을 조정할 수 있습니다. 격차 해소 멤리스터의 3D 통합을 통해 가능한 한 가장 작은 크기를 유지하면서 더 많은 장치를 포장할 수 있으므로 크기가 운영 우수성의 성배가 아님을 증명합니다. Lanza는 이 기술이 이미 트랜지스터로 수행되고 있지만 멤리스터에게는 새로운 영역이라고 말했습니다. 멤리스터의 개념이 1970년대에 도입되었음에도 불구하고 이 기술은 지난 10여 년 동안 주목을 받지 못했습니다.
멤리스터는 데이터 센터 및 시계와 같은 일부 제품에서 이미 발견할 수 있지만 Lanza는 아직 탐색할 유망한 응용 프로그램이 많이 있으며 업계는 실리콘 트랜지스터 전자 장치를 넘어 미래의 상업적 용도를 평가하기 위해 기술을 면밀히 추적하고 있다고 말했습니다. 그는 연구 결과의 범위와 세부 사항이 팀의 학제 간 특성에 기인한다고 생각합니다. 공동 저자 중 3명은 산업계의 과학자이고 Lanza를 포함한 6명은 학계의 과학자입니다. 업계의 3명의 저자 중 한 명은 TSMC(Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) 출신으로, 가장 작고 가장 진보된 마이크로칩을 포함하여 전 세계 대부분의 칩을 생산하는 다국적 기업입니다. 그리고 2개는 170개 이상의 국가에서 사업을 운영하고 있는 고급 정보 기술 제공의 선두 주자인 IBM(International Business Machines)의 것입니다.
이 논문의 기여 저자는 학계에서 산업 표준에 대한 정보가 부족한 데이터 암호화를 포함한 특정 멤리스터 응용 프로그램에 대한 전문 지식을 제공합니다. Lanza는 이 문서가 이러한 격차를 해결하여 산업 및 기타 업체가 참조하고 수정할 수 있는 기술 사양 표준의 기준선을 설정한다고 말했습니다. 2026년까지 시장 예측이 56억 달러(약 2,800억 달러에 달하는 메모리 시장에서 2% 증가)까지 성장할 것으로 예상됨에 따라 그는 이 보고서가 기업에 새로운 멤리스터 기반 기술에 투자하는 데 필요한 인센티브를 제공하기를 희망합니다. TSMC의 기업 연구 이사이자 국립청화대학교의 석좌교수인 Dr. Meng-Fan Chang은 "이번 논문은 멤리스터의 구조와 응용에 대한 폭넓은 개요를 제공하는 첫 번째 논문입니다. 마이크로 전자 산업에 혁명을 일으키십시오."
추가 탐색 두뇌와 같은 컴퓨팅을 위한 더 나은 멤리스터 추가 정보: Mario Lanza et al, 데이터 저장, 계산, 암호화 및 무선 주파수 통신을 위한 Memristive 기술, Science (2022). DOI: 10.1126/science.abj9979 저널 정보: 과학 King Abdullah University of Science and Technology 제공
https://techxplore.com/news/2022-06-transistor-memristor-technologies-future.html
.Scientists Synthesize New Carbon Material: A Two-Dimensional Monolayer Polymeric Fullerene
과학자들은 새로운 탄소 재료를 합성합니다: 2차원 단층 고분자 풀러렌
주제:탄소중국과학원 중국과학원 2022년 6월 28일 작성 단층 고분자 C60 단층 고분자 C60의 구조 그림. 크레딧: Ella Maru Studio CHEMISTRY JUNE 28, 2022
합성 탄소 동소체는 뛰어난 특성과 잠재적인 응용으로 인해 흥미롭습니다. 과학자들은 새로운 유형의 탄소 재료를 합성하는 데 수십 년을 바쳤습니다. 그러나 독특한 구조를 가진 2차원 풀러렌은 아직까지 합성에 성공하지 못했다. 최근 과학자들은 2차원 단층 고분자 풀러렌을 제조하기 위해 새로운 층간 결합 절단 전략을 개발했습니다.
연구 그룹은 중국과학원(ICCAS) 화학연구소의 ZHENG Jian 교수가 주도했습니다. 연구원 들은 박리 반응의 전구체로 마그네슘이 삽입된 C 60 벌크 결정을 준비했습니다. 그런 다음 그들은 리간드 보조 양이온 교환 전략을 사용하여 층간 결합을 벌크 결정으로 절단하여 벌크 결정이 단층 나노시트로 박리되도록 했습니다. 단결정 X선 회절 및 주사 투과 전자 현미경(STEM) 으로 단층 고분자 C 60 의 구조를 조사했습니다.
이 단층 고분자 C 60 에서 C 60 클러스터 케이지 는 평면에서 서로 공유 결합되어 기존의 2D 재료와 구별되는 규칙적인 토폴로지를 형성합니다. 또한, 단층 고분자 C 60 은 흥미로운 면내 이방성 특성과 1.6 eV의 적당한 밴드갭을 나타내어 전자 장치에 사용할 수 있는 잠재적 후보입니다. “이 연구는 단층 고분자 풀러렌을 합성한 최초의 것입니다. 탄소 재료 제품군에 새로운 구성원을 추가한다는 점에서 매우 중요합니다.”라고 ZHENG이 말했습니다. “이번 연구는 2차원 탄소소재 분야에서 새로운 연구 분야를 개척했으며 합성 전략은 새로운 탄소 소재 탐색에 독특한 시각을 제공할 수 있을 것입니다.”
참조: Lingxiang Hou, Xueping Cui, Bo Guan, Shaozhi Wang, Ruian Li, Yunqi Liu, Daoben Zhu 및 Jian Zheng의 "단층 풀러렌 네트워크 합성", 2022년 6월 15일, Nature DOI : 10.1038/s41586-0212- -5 "단층 풀러렌 네트워크의 합성"이라는 제목의 연구는 Nature 에 발표되었습니다 . 이 연구는 중국 국립자연과학재단과 CAS의 지원을 받았습니다.
.Physicists confront the neutron lifetime puzzle
물리학자들은 중성자 수명 퍼즐에 직면합니다
오크 릿지 국립 연구소 왼쪽부터 ORNL의 Matthew Frost와 Leah Broussard는 Spallation Neutron Source에서 중성자 산란 기기를 사용하여 중성자와 쌍을 이루는 암흑물질을 검색했습니다. 출처: Genevieve Martin/ORNL, 미국 에너지부 JUNE 28, 2022
중성자가 원자핵 밖에서 얼마나 오래 "살 수 있는지"에 대한 오랜 수수께끼를 풀기 위해 물리학자들은 왼손잡이 우주의 오른손잡이 버전의 존재를 상정하는 거칠지만 검증 가능한 이론을 받아들였습니다. 그들은 추측되었지만 발견되지 않은 입자를 탐지하기 위해 에너지부의 Oak Ridge 국립 연구소에서 놀라운 실험을 설계했습니다.
발견된다면, 이론화된 "거울 중성자"(중성자와 암흑물질 쌍)는 두 가지 유형의 중성자 수명 실험에서 얻은 답의 불일치를 설명하고 암흑 물질의 첫 번째 관찰을 제공할 수 있습니다. "암흑 물질은 과학에서 가장 중요하고 수수께끼 같은 질문 중 하나로 남아 있습니다. 우리가 자연의 모든 물질을 이해하지 못한다는 분명한 증거입니다."라고 Physical Review Letters 에 발표된 연구를 주도한 ORNL의 Leah Broussard가 말했습니다 .
중성자와 양성자는 원자의 핵을 구성합니다. 그러나 핵 외부에도 존재할 수 있습니다. 작년에 공동 저자인 Frank Gonzalez(현재 ORNL)는 Los Alamos Neutron Science Center를 사용하여 자유 중성자가 붕괴하거나 양성자, 전자 및 반중성미자로 변하기 전에 얼마나 오래 살았는지에 대한 가장 정확한 측정 을 주도했습니다. 정답은 877.8초, 0.3초 또는 15분 미만으로 표준 입자 물리학 모델의 균열을 암시합니다. 그 모델은 중성자를 구성하는 3개의 쿼크와 같은 아원자 입자의 거동을 설명합니다.
쿼크를 뒤집으면 중성자가 양성자로 붕괴됩니다. "중성자 수명은 쿼크 붕괴율을 설명하는 쿼크 혼합 매트릭스를 계산하기 위한 입력으로 사용되기 때문에 표준 모델에서 중요한 매개변수입니다."라고 ORNL 연구에서 중성자가 진동할 확률을 계산한 Gonzalez가 말했습니다.
"쿼크가 우리가 기대하는 대로 섞이지 않는다면, 이는 표준 모델을 넘어선 새로운 물리학에 대한 암시입니다." 자유 중성자의 수명을 측정하기 위해 과학자들은 동일한 답에 도달해야 하는 두 가지 접근 방식을 취합니다. 하나는 자기 병에 중성자를 가두고 사라지는 것을 계산합니다. 다른 하나는 중성자가 붕괴하면서 빔에 나타나는 양성자를 계산합니다. 중성자는 병보다 빔에서 9초 더 오래 사는 것으로 나타났습니다. Oak Ridge 국립 연구소의 Leah Broussard는 모든 중성자를 차단하지만 이론상 가상의 거울 중성자가 통과하도록 허용하는 중성자 흡수 "벽"을 보여줍니다. 출처: Genevieve Martin/ORNL, 미국 에너지부
수년에 걸쳐 당혹스러운 물리학자들은 불일치에 대한 많은 이유를 고려했습니다. 한 이론은 중성자가 한 상태에서 다른 상태로 변했다가 다시 되돌아온다는 것입니다. "진동은 양자 역학 현상입니다."라고 Broussard는 말했습니다. "만약 중성자가 일반 중성자 또는 거울 중성자로 존재할 수 있다면 전환이 금지되지 않는 한 두 상태 사이에서 앞뒤로 흔들리는 이러한 종류의 진동을 얻을 수 있습니다." ORNL이 이끄는 팀 은 새로운 소멸 및 재생 기술을 사용하여 암흑 물질 거울 중성자로 진동하는 중성자를 처음으로 검색했습니다.
중성자는 DOE Office of Science 사용자 시설인 Spallation Neutron Source에서 만들어졌습니다. 중성자빔이 SNS 자기반사계로 유도됐다. ORNL과 테네시 대학교 녹스빌에 공동 임명된 물리학자인 Michael Fitzsimmons는 중성자 상태 간의 진동을 강화하기 위해 강력한 자기장을 적용하기 위해 이 기기를 사용했습니다. 그런 다음 빔은 강력한 중성자 흡수제인 탄화붕소로 만들어진 "벽"에 충돌합니다. 중성자가 실제로 일반 상태와 거울 상태 사이에서 진동한다면 중성자 상태가 벽에 부딪힐 때 원자핵과 상호 작용하여 벽에 흡수됩니다. 그러나 이론화된 거울 중성자 상태라면 상호 작용하지 않는 암흑 물질입니다. 따라서 거울 중성자만이 벽을 통해 반대편으로 통과할 수 있습니다.
중성자가 물리학 커뮤니티에서 사용되는 비유적인 개념인 일부 암흑 섹터로 가는 "포탈"을 통과한 것과 같습니다. 그러나 과거 관련 작업에 대한 언론 보도는 Broussard의 팀이 탐구하고 있는 이론화된 거울 우주를 TV 시리즈 "기묘한 이야기"의 "거꾸로" 대체 현실과 비교하는 개념으로 자유를 얻는 재미를 가졌습니다. 팀의 실험은 평행 세계로 가는 문자 그대로의 포털을 탐색하는 것이 아니었습니다. 공저자인 UT 물리학자인 유리 카미시코프(Yuri Kamyshkov)는 "역학은 벽 반대편에서도 동일합니다. 여기서 우리는 거울 중성자로 추정되는 암흑물질 쌍정 상태를 유도하여 일반 중성자로 되돌리려고 합니다"라고 말했습니다. 그는 동료들과 함께 중성자 진동과 거울 중성자에 대한 아이디어를 오랫동안 추구해 왔습니다. "만약 우리가 재생된 중성자를 본다면 그것은 우리가 정말로 이상한 것을 보았다는 신호일 수 있습니다. 암흑 물질의 입자 성질의 발견은 엄청난 의미를 가질 것입니다." 크레딧: ORNL Kamyshkov와 함께 UT에서 박사 학위를 받은 ORNL의 Matthew Frost는 Broussard로 실험을 수행하고 데이터 추출, 축소 및 분석을 지원했습니다. Frost와 Broussard는 ORNL의 중성자 산란 과학자인 Lisa DeBeer-Schmitt의 도움으로 예비 테스트를 수행했습니다. UT의 원자력 공학자인 Lawrence Heilbronn은 배경을 특성화한 반면 ORNL의 물리학자인 Erik Iverson은 중성자 신호를 특성화했습니다. DOE Office of Science Scientific 학부 실험실 인턴십 프로그램을 통해 Ohio State University의 Michael Kline은 그래픽 처리 장치(응용 코드에서 특정 유형의 계산 가속기)를 사용하여 진동을 계산하는 방법을 알아냈고 중성자 빔 강도 및 통계에 대한 독립적인 분석을 수행했습니다. , 그리고 East Tennessee State University의 Taylor Dennis는 실험 설정을 돕고 배경 데이터를 분석하여 이 작업을 위한 경쟁에서 결선 진출자가 되었습니다. UT 대학원생인 Josh Barrow, James Ternullo 및 Shaun Vavra와 학부생인 Adam Johnston, Peter Lewiz와 Christopher Matteson은 실험 준비 및 분석의 다양한 단계에서 기여했습니다. 시카고 대학의 대학원생인 Louis Varriano는 전 UT Torchbearer였으며 거울 중성자 재생의 개념적 양자 역학 계산을 도왔습니다. 결론: 중성자 재생의 증거는 보이지 않았습니다. Broussard는 "중성자의 100%는 멈췄고 0%는 벽을 통과했습니다."라고 말했습니다. 그럼에도 불구하고 결과는 여전히 이 분야의 지식 발전에 중요합니다. 하나의 특정 거울 물질 이론이 폭로되면서 과학자들은 중성자 수명 퍼즐을 풀기 위해 다른 이론에 눈을 돌립니다. "우리는 불일치에 대한 이유를 계속 찾을 것"이라고 Broussard는 말했습니다. 그녀와 동료들은 이를 위해 ORNL의 DOE Office of Science 사용자 시설인 High Flux Isotope Reactor를 사용할 것입니다. HFIR의 지속적인 업그레이드는 원자로가 훨씬 더 많은 중성자 플럭스를 생성하고 소각 중성자 산란 회절계에서 차폐된 검출기가 더 낮은 배경을 가지기 때문에 보다 민감한 검색을 가능하게 할 것입니다. 엄격한 실험에서 거울 중성자의 증거를 찾지 못했기 때문에 물리학자들은 터무니없는 이론을 배제할 수 있었습니다. 그리고 그것은 그들이 퍼즐을 푸는 데 더 가까워지게 합니다. 중성자 수명 의 수수께끼가 풀리지 않은 채로 남아 있다는 것이 슬프다면 Broussard의 위로를 받으십시오. "물리학은 우리가 너무 잘 해왔기 때문에 어렵습니다. 정말 어려운 문제와 운 좋은 발견만 남았습니다."
추가 탐색 초기 우주를 이해하는 것은 중성자의 수명을 추정하는 것에 달려 있습니다 추가 정보: LJ Broussard et al, Neutron Lifetime Anomaly에 대한 설명으로 Neutron을 미러링하기 위한 실험적 검색, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.212503 저널 정보: Physical Review Letters 오크리지 국립연구소 제공
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