สไตล์การตกแต่งห้องครัว

การศึกษาระหว่างประเทศที่เผยแพร่ในเดือนสิงหาคมได้เปิดเส้นทางใหม่สู่กระแสน้ำที่มีอุณหภูมิสูงที่อุณหภูมิ 'อุ่น' เช่นเดียวกับในตู้เย็นในครัว จุดมุ่งหมายสูงสุดคือการทำให้ได้ตัวนำยิ่งยวด (เช่น กระแสไฟฟ้าโดยไม่สูญเสียพลังงานไปที่ความต้านทาน) ที่อุณหภูมิที่เหมาะสม สู่ความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้อง ก่อนหน้านี้ ความเป็นตัวนำยิ่งยวดเกิดขึ้นได้เฉพาะในอุณหภูมิที่ต่ำจนแทบเป็นไปไม่ได้ ซึ่งต่ำกว่า -170°C ต่ำกว่าศูนย์ แม้แต่แอนตาร์กติกก็ยังร้อนเกินไป! ด้วยเหตุนี้ ค่าใช้จ่ายในการระบายความร้อนของตัวนำยิ่งยวดจึงสูง ทำให้ต้องใช้ระบบทำความเย็นที่มีราคาแพงและใช้พลังงานมาก สภาพตัวนำยิ่งยวดในอุณหภูมิปกติคือเป้าหมายสูงสุดของนักวิจัยในสาขานี้ อุปกรณ์ superlattice ของเซมิคอนดักเตอร์ใหม่นี้สามารถสร้างพื้นฐานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พลังงานต่ำพิเศษประเภทใหม่ที่มีการใช้พลังงานต่อการคำนวณต่ำกว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ซิลิกอน (CMOS) แบบเดิมอย่างมาก อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดังกล่าว อาศัยการนำไฟฟ้าชนิดใหม่ที่ทรานซิสเตอร์โซลิดสเตตสลับระหว่างศูนย์และหนึ่ง (เช่น การสลับแบบไบนารี) โดยไม่มีความต้านทานที่อุณหภูมิห้อง คือเป้าหมายของ FLEET Center of Excellence EXCITON SUPERCURRENTS ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ประหยัดพลังงาน เนื่องจากอิเล็กตรอนที่มีประจุตรงข้ามและรูในเซมิคอนดักเตอร์ถูกดึงดูดด้วยไฟฟ้าอย่างแรง พวกมันจึงสามารถสร้างคู่ที่มีพันธะแน่นได้ อนุภาคคอมโพสิตเหล่านี้เรียกว่า excitons และพวกมันเปิดเส้นทางใหม่ไปสู่การนำโดยไม่มีการต้านทานที่อุณหภูมิห้อง โดยหลักการแล้ว Exciton สามารถสร้างควอนตัมสถานะ 'ของเหลวยิ่งยวด' ห้องครัว ซึ่งพวกมันเคลื่อนที่ไปด้วยกันโดยไม่มีการต้านทาน ด้วย excitons ที่จับกันอย่างแน่นหนา ควรมี superfluidity ที่อุณหภูมิสูง - แม้จะสูงเท่ากับอุณหภูมิห้อง แต่โชคไม่ดี เนื่องจากอิเล็กตรอนและโฮลอยู่ใกล้กันมาก ในทางปฏิบัติแล้ว excitons จึงมีอายุการใช้งานที่สั้นมาก เพียงไม่กี่นาโนวินาที มีเวลาไม่มากพอที่จะสร้าง superfluid ในการแก้ปัญหา อิเล็กตรอนและโฮลสามารถถูกแยกออกจากกันอย่างสมบูรณ์ใน ชั้นตัวนำ ที่บางระดับอะตอม ที่แยกจาก กัน ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า excitons 'เชิงพื้นที่' อิเล็กตรอนและโฮลเคลื่อนที่ไปตามชั้นตัวนำที่แยกจากกันแต่อยู่ใกล้กันมาก สิ่งนี้ทำให้ excitons มีอายุยืนยาว และเมื่อเร็ว ๆ นี้ได้มีการสังเกตพบ superfluidity ในระบบดังกล่าว การไหลย้อนใน exciton superfluid ซึ่งอิเล็กตรอนและโฮลที่มีประจุตรงข้ามกันจะเคลื่อนที่ไปด้วยกันในชั้นที่แยกจากกัน ทำให้สิ่งที่เรียกว่า 'กระแสยิ่งยวด' (กระแสไฟฟ้าที่ไม่กระจายตัว) ไหลโดยไม่มีความต้านทานเป็นศูนย์และสูญเสียพลังงานเป็นศูนย์ ด้วยเหตุนี้ จึงเป็นโอกาสอันน่าตื่นเต้นสำหรับอนาคต อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษ เลเยอร์ที่ซ้อนกันเอาชนะข้อจำกัดของ 2D Sara Conti ซึ่งเป็นผู้ร่วมเขียนงานวิจัยนี้ ตั้งข้อสังเกตถึงปัญหาอื่น อย่างไรก็ตาม ชั้นตัวนำที่บางระดับอะตอมมีลักษณะเป็นสองมิติ และในระบบ 2 มิติมีข้อจำกัดเชิงควอนตัมโทโพโลยีที่เข้มงวด ซึ่งค้นพบโดย David Thouless และ Michael Kosterlitz (รางวัลโนเบลปี 2016) ที่ขจัดความเป็นของเหลวยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำมาก ซึ่งสูงกว่า -170°C ประมาณ ความแตกต่างที่สำคัญกับระบบใหม่ที่นำเสนอของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์โลหะทรานซิชันไดชาลโคเจนไนด์ (TMD) ที่เรียงซ้อนกันเป็นชั้นบางระดับอะตอมคือสามมิติ ข้อจำกัดด้านโทโพโลยีของ 2D สามารถเอาชนะได้โดยใช้ `superlattice' แบบ 3 มิติของชั้นบาง ๆ เลเยอร์สำรองถูกเจือด้วยอิเล็กตรอนส่วนเกิน (n-doped) และโฮลส่วนเกิน (p-doped) และสิ่งเหล่านี้จะสร้าง excitons 3 มิติ การศึกษาทำนายว่า exciton supercurrents จะไหลในระบบนี้ที่อุณหภูมิอุ่นถึง -3°C David Neilson ผู้ซึ่งทำงานเป็นเวลาหลายปีเกี่ยวกับ exciton superfluidity และระบบ 2D กล่าวว่า "ซูเปอร์แลตติซ 3 มิติที่เสนอนั้นแตกออกจากข้อจำกัดทางโทโพโลยีของระบบ 2 มิติ ทำให้เกิดกระแสยิ่งยวดที่ -3°C เนื่องจากอิเล็กตรอนและโฮลเชื่อมต่อกันอย่างมาก การปรับปรุงการออกแบบเพิ่มเติมควรดำเนินการนี้จนถึงอุณหภูมิห้อง" ศ. นีลสันอธิบาย "น่าประหลาดใจที่ทุกวันนี้กลายเป็นกิจวัตรในการสร้างชั้นอะตอมบาง ๆ ซ้อนกันเรียงกันเป็นชั้น ๆ และยึดไว้ด้วยกันด้วยแรงดึงดูดของอะตอมแวนเดอร์วาลส์ที่อ่อนแอ" ศ.นีลสันอธิบาย "และในขณะที่การศึกษาใหม่ของเราเป็นข้อเสนอเชิงทฤษฎี แต่ก็ได้รับการออกแบบอย่างระมัดระวังเพื่อให้เป็นไปได้กับเทคโนโลยีปัจจุบัน"