ทีมที่นำโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดและมหาวิทยาลัยแมรี่แลนด์ในสหรัฐอเมริกาได้ใช้ข้อบกพร่องในเพชรเพื่อทำแผนที่สนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าในกราฟีน การทดลองของพวกเขาเผยให้เห็นว่ากระแสในการไหลของคาร์บอนในรูปแบบอะตอมบางๆ นี้ เช่น ของเหลวหนืด ซึ่งเป็นผลที่สามารถให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ เกี่ยวกับพฤติกรรมการรวมตัวของอิเล็กตรอนในระบบ
ควอนตัม
ที่มีปฏิสัมพันธ์อย่างรุนแรงกราฟีนมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมมากมาย หนึ่งในนั้นคือความจริงที่ว่า ณ จุดที่แถบการนำไฟฟ้าและแถบเวเลนซ์สัมผัสกัน (จุดไดแรค) มันสามารถรองรับกระแสที่ประกอบด้วยอิเล็กตรอนและรูที่มีประจุบวกในจำนวนที่เท่ากัน แทนที่จะเป็นอิเล็กตรอนเพียงอย่างเดียว
ในงานปัจจุบันโรนัลด์ วอลส์เวิร์ธ , อามีร์ ยาโคบีและเพื่อนร่วมงานได้ร่วมกันค้นหาว่าพลาสมาที่มีรูอิเล็กตรอนเหล่านี้ (หรือของเหลวไดแรคตามที่ทราบกันดีอยู่แล้ว) ไหลลื่นเหมือนอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านลวดโลหะหรือไม่สม่ำเสมอเหมือนน้ำที่ไหลผ่าน ท่อ การทำแผนที่สนามแม่เหล็กเฉพาะที่
เนื่องจากระบบสองมิติเช่นกราฟีนแสดงความสัมพันธ์แบบหนึ่งต่อหนึ่งระหว่างความหนาแน่นกระแสและสนามแม่เหล็ก และเพื่อนร่วมงานจึงรู้ว่าพวกเขาสามารถแยกรูปแบบการไหลของกระแสได้โดยการทำแผนที่สนามแม่เหล็กใกล้กับตัวอย่างกราฟีนของพวกเขา ในการทำเช่นนี้ พวกเขาหันไป
ใช้ศูนย์ไนโตรเจน (NV) ในเพชร ศูนย์กลาง NV เป็นข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นเมื่ออะตอมของคาร์บอนที่อยู่ใกล้เคียง 2 อะตอมในโครงตาข่ายผลึกของเพชรถูกแทนที่ด้วยอะตอมของไนโตรเจนและตำแหน่งโครงตาข่ายที่ว่างเปล่า พวกมันมีคุณสมบัติควอนตัมมากมาย รวมถึงสปินและความสามารถ
ในการปล่อยโฟตอนเดียว ระดับพลังงานของพวกมันยังมีความไวสูงต่อสนามแม่เหล็ก ซึ่งหมายความว่าเมื่อศูนย์ NV ถูกกระตุ้นด้วยพัลส์เลเซอร์ ความเข้มของการเรืองแสงที่ปล่อยออกมาจะเปลี่ยนไปตามความผันผวนของสนามแม่เหล็กเฉพาะที่ ทีมงานใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติเหล่านี้ของศูนย์ NV
ในสองวิธี
ขั้นแรก พวกเขาใช้ปลายเพชรที่มีโครงสร้างนาโนซึ่งมีศูนย์กลาง NV เดียวผ่านช่องตัวนำแคบ (กว้าง 1–1.5 µm) ในกราฟีน สิ่งนี้ทำให้พวกเขาสามารถแสดงลักษณะเฉพาะของสนามแม่เหล็กตามเส้นแคบๆ ทั่วอุปกรณ์กราฟีน เผยให้เห็นการเปลี่ยนแปลงในรูปแบบของการไหลของกระแสด้วยความละเอียด
เชิงพื้นที่ประมาณ 50 นาโนเมตร แม้ว่าวิธีนี้จะให้มุมมองโดยละเอียดของโฟลว์ปัจจุบัน แต่ก็ใช้เวลานานเช่นกัน ดังนั้นจึงใช้ไม่ได้ผลสำหรับใช้ในการแมปโฟลว์ทั่วทั้งฟิลด์มุมมอง 2 มิติทั้งหมดของการทดลอง เพื่อให้ได้มุมมองที่กว้างขึ้น ทีมงานได้วางตัวอย่างกราฟีนบนแผ่นเพชรที่มีจุดศูนย์กลาง NV จำนวนมาก
อยู่ใกล้พื้นผิว จากนั้นพวกเขาใช้กล้องถ่ายภาพการกระจายสนามแม่เหล็กในตัวอย่าง ซึ่งบันทึกโดยฟลูออเรสเซนต์ของศูนย์ NVเทคนิคนี้สร้างภาพรวม 2 มิติที่สมบูรณ์ของรูปแบบของกระแสที่ไหลผ่านกราฟีนในช่วงเวลาเดียว แม้ว่าสแน็ปช็อตจะมีความละเอียดเชิงพื้นที่ต่ำกว่า (ประมาณ 400 นาโนเมตร)
กว่าภาพที่ได้จากศูนย์ NV เดียว แต่จะให้ภาพรวมว่ากระแสไหลในตัวอย่างทั้งหมดอย่างไร ในช่วงเวลาที่กำหนด แทนที่จะเป็นช่องแคบๆ ช่องเดียว . ความหนาแน่นกระแสของของเหลว Dirac พัฒนาโปรไฟล์พาราโบลา”วิธีการทั้งสองของเราได้สร้างภาพที่แสดงให้เห็นว่าความหนาแน่นกระแสของของเหลว
พัฒนา
โปรไฟล์พาราโบลาซึ่งการไหลจะเร็วที่สุดที่ศูนย์กลางของตัวอย่างกราฟีนและลดลงที่ขอบ เช่นเดียวกับน้ำที่ไหลในท่อ” กล่าว ผู้เขียนนำการศึกษา ในขณะที่การศึกษาก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าอิเล็กตรอนสามารถไหลได้เหมือนน้ำในกราฟีน แต่การศึกษาอื่น ๆ เหล่านี้ล้มเหลว
ในการยืนยันการมีอยู่ของการไหลของความหนืดในกระแสที่ประกอบด้วยของเหลว Dirac ซึ่งมีลักษณะเฉพาะจากปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงระหว่างอนุภาคของส่วนประกอบ นักวิจัยยังทราบว่าพวกเขาสังเกตพฤติกรรมหนืดที่อุณหภูมิห้อง ในขณะที่การทดลองก่อนหน้านี้ถูกจำกัดให้อยู่ในอุณหภูมิที่เย็นกว่า
“การศึกษาการไหลของอุทกพลศาสตร์ที่มีความหนืดในระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความบริสุทธิ์สูง (เช่น กราฟีน) มีความสำคัญในฟิสิกส์ของสสารควบแน่น เนื่องจากพฤติกรรมดังกล่าวมีบทบาทในการโต้ตอบสสารควอนตัมโดยทั่วไป” “งานของเราเปิดโอกาสอันน่าตื่นเต้นในการสำรวจปรากฏการณ์ต่างๆ
เช่น ความปั่นป่วนทางอิเล็กทรอนิกส์ (ที่ยังไม่เคยมีใครสังเกตมาก่อน) ซึ่งคิดว่ามีบทบาทในคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ผิดปกติของตัวนำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิสูง เป็นต้น” การศึกษาซึ่งมีรายละเอียดอยู่ยังแสดงให้เห็นว่าการถ่ายภาพสนามแม่เหล็กด้วยศูนย์ NV สามารถเปิดเผยปรากฏการณ์การขนส่งแบบใหม่
ได้ ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้ข้อบกพร่อง NV เพื่อศึกษาวัสดุคุณภาพสูงอื่นๆ ที่อาจแสดงอุทกพลศาสตร์ของอิเล็กตรอน เช่นเดียวกับพฤติกรรมการขนส่งทางอิเล็กทรอนิกส์ที่แปลกใหม่ประเภทอื่นๆ (เช่น ตัวนำยิ่งยวดเชิงทอพอโลยี) การทำความเข้าใจการไหลทางอิเล็กทรอนิกส์แบบหนืดอาจทำให้
ในเอกภพมากกว่าจำนวนโปรตอนและนิวตรอนทั้งหมดรวมกัน ดังนั้นนิวตริโนจึงเป็นตัวแทนของ “สสารมืด” จำนวนมาก ซึ่งเป็นมวลที่เรามองไม่เห็น แต่คาดการณ์ว่ามีอยู่โดยแบบจำลองทางจักรวาลวิทยา การตีความอย่างง่ายที่สุดของผลลัพธ์จากแสงอาทิตย์และชั้นบรรยากาศคือนิวตริโนที่หนักที่สุด
มีมวล 0.1 eV อย่างไรก็ตาม การสั่นของนิวตริโนขึ้นอยู่กับความแตกต่างของมวลเท่านั้น ดังนั้นจึงเป็นไปได้ว่ามวลทั้งสามจะมีค่า 1 eV หรือมากกว่า แต่ความแตกต่างของมวลนั้นน้อยกว่ามาก ดังนั้นจึงไม่ชัดเจนว่าหลักฐานใหม่นี้เกี่ยวข้องกับปัญหาสสารมืดอย่างไร
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
