บาคาร่า เส้นใยยืดช่วยให้อิเล็กตรอนไหลได้

เชือกยางหุ้มคาร์บอนช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลได้แม้จะยืด บาคาร่า บิดงอ และงอ เส้นใยที่ ยืดหยุ่นได้ ซึ่งรายงานใน วารสาร Science 24 กรกฎาคมสามารถสร้างแรงบันดาลใจให้กับจอแสดงผลอิเล็กทรอนิกส์ที่ยืดหยุ่นได้ สายไฟของเครื่องกระตุ้นหัวใจที่ดีขึ้น และสายไฟที่ยืดได้

ความยืดหยุ่นและความสามารถในการรับกระแสไฟมักจะไม่ไปด้วยกัน: สายไฟทั่วไปให้พลังงานเพียงเล็กน้อย ในขณะที่เส้นใยแบบปรับได้มักจะสูญเสียการนำไฟฟ้าขณะยืดออก Zunfeng Liu นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุจาก University of Texas at Dallas และเพื่อนร่วมงานได้ขยายเส้นใยยางขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 มม. ให้มีความยาวประมาณ 15 เท่าของความยาวเดิม และห่อด้วยแผ่นคาร์บอนนาโนทิวบ์ที่นำไฟฟ้า ( SN: 12/4/10, น. 20 ). เมื่อยางกลับสู่สภาวะผ่อนคลาย แผ่นคาร์บอนจะงอแต่ไม่แตก ทำให้เกิดการเคลือบคล้ายหีบเพลง เส้นใยยังคงความนำไฟฟ้าไว้ได้เมื่อยืดออกได้ถึง 11 เท่าของความยาวเริ่มต้น และไม่เสื่อมสภาพแม้จะยืดออกและคลายตัวหลายพันครั้ง 

อนุภาคที่เข้าใจยากปรากฏขึ้นใน ‘semimetal’

ตรวจพบ Weyl fermions ใน tantalum arsenide อนุภาคชนิดหนึ่งที่คาดว่าจะมีอยู่ก่อนการค้นพบดาวพลูโตจะถูกค้นพบบนโลกภายในสารประกอบแทนทาลัมและสารหนู

นักวิจัยรายงาน ว่าอนุภาคที่เพิ่งค้นพบใหม่นี้เรียกว่า Weyl fermions มีลักษณะคล้ายอิเล็กตรอนที่ไม่มีมวลซึ่งพุ่งไปรอบ ๆ และผ่านวัสดุในลักษณะที่ผิดปกติและน่าตื่นเต้น นักวิจัยรายงานวันที่ 16 กรกฎาคมในScience

“มันเป็นเรื่องใหญ่แน่นอน” ลีออน บาเลนต์ส นักทฤษฎีเรื่องย่อที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาบาร์บารากล่าว

พฤติกรรมของอนุภาคทำให้แทนทาลัม arsenide เป็นสารประกอบคล้ายโลหะซึ่งมีคุณสมบัติที่พึงประสงค์ร่วมกับกราฟีนและฉนวนทอพอโลยี ซึ่งเป็นวัสดุที่ได้รับความสนใจจากการวิจัยเป็นจำนวนมากในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา “มีเหตุผลมากมายที่จะสนใจวัสดุเหล่านี้” Balents กล่าว

วัสดุอย่างเช่น แทนทาลัม arsenide สามารถช่วยให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในอนาคตสามารถนำเสนอกระแสไฟที่เคลื่อนที่เร็วซึ่งสามารถหลีกเลี่ยงกระแทกและหุบเขาในเส้นทางได้อย่างง่ายดาย นักฟิสิกส์จะสามารถศึกษาคุณสมบัติของอนุภาคที่จับกับวัสดุเพื่อสำรวจความเป็นไปได้ที่จะมี Weyl fermions ที่ลอยได้อิสระ

อิเล็กตรอน นิวตริโน และอนุภาคย่อยอื่นๆ อยู่ในตระกูลที่เรียกว่าเฟอร์มิออน เฟอร์มิออนที่รู้จักทั้งหมดมีพฤติกรรมตามสมการที่คิดค้นขึ้นในปี 1928 โดย Paul Dirac นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีชาวอังกฤษ แต่อย่างน้อยในทางทฤษฎี มี fermion อีกสองประเภท ซึ่งทั้งสองเสนอในภายหลัง: Majorana fermions และ Weyl fermions ต่างจาก Dirac และ Majorana fermions สมาชิกของกลุ่ม Weyl ซึ่งตั้งชื่อตามนักคณิตศาสตร์และนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Hermann Weyl นั้นไม่มีมวลมากนัก

นักฟิสิกส์ล้มเหลวในการค้นพบ Weyl fermions 

ในเครื่องตรวจจับอนุภาคหรือเครื่องเร่งอนุภาค แต่นักวิจัยได้แนะนำว่าปฏิกิริยาร่วมกันของอิเล็กตรอนในวัสดุบางชนิดจะทำให้คลื่นพลังงานกระจายออกไปซึ่งมีพฤติกรรมเหมือนกับที่ Weyl fermions จะทำในที่ว่าง

เมื่อต้นปีนี้ นักฟิสิกส์สสารควบแน่น Su-Yang Xu และ Zahid Hasan จากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน และเพื่อนร่วมงานเสนอว่าสารหนูแทนทาลัมสามารถโฮสต์ Weyl fermion ได้ นักวิจัยได้ยิงรังสีที่ผลึกของสารประกอบเพื่อตรวจสอบพลังงานและการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนภายใน รังสีเอกซ์พลังงานสูงที่เจาะลึกเข้าไปในวัสดุเผยให้เห็นลายเซ็นของอนุภาคไร้มวลซึ่งพอดีกับโปรไฟล์ของ Weyl fermion “ฉันค่อนข้างแปลกใจที่มีคนสามารถเห็นสิ่งเหล่านี้ได้อย่างรวดเร็วจริงๆ” Balents กล่าว

โดยที่อยู่อาศัย Weyl fermions แทนทาลัม arsenide กลายเป็น Weyl semimetal ที่ได้รับการยืนยันจากการทดลองเป็นครั้งแรกซึ่งเป็นวัสดุคล้ายโลหะที่มีคุณสมบัติแปลกใหม่และอาจเป็นประโยชน์ Weyl semimetals มีลักษณะคล้าย topological insulators ซึ่งเป็นวัสดุที่เป็นฉนวนภายในแต่ยอมให้อิเล็กตรอนวิ่งเป็นรอบโดยไม่ถูกรบกวน ( SN: 5/22/10, p. 22 ) แม้จะไม่มีฉนวนภายใน แต่ tantalum arsenide ก็ยังปกป้องทางหลวงอิเล็กตรอนความเร็วสูงบนพื้นผิวของมัน Xu กล่าวว่าการบิดคืออิเล็กตรอนบนพื้นผิวไม่ได้วิ่งไปรอบ ๆ ทางปิด แต่พวกมันจะเคลื่อนจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งก่อนที่จะหายไปเป็นกลุ่มก้อนและกลับคืนสู่ผิวอีกฝั่งตรงข้าม

Weyl semimetals ยังคล้ายกับแผ่นคาร์บอนหนาอะตอมที่เรียกว่า graphene, Balents กล่าว วัสดุทั้งสองช่วยให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงและทำตัวราวกับว่าไม่มีมวล ( SN: 8/13/11, p. 26 ) คุณสมบัติทั้งหมดเหล่านี้ทำให้ Weyl semimetals เป็นตัวเลือกที่น่าดึงดูดสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในอนาคต Hasan กล่าวและสำหรับการจ่ายกระแสไฟฟ้าโดยไม่มีความต้านทานที่อุณหภูมิห้อง

การค้นพบเฟอร์เมียนตัวที่สองจากสามประเภทอาจนำไปสู่การค้นพบเฟอร์เมียนชนิดที่สาม Xu กล่าว ในช่วงไม่กี่ปีมานี้ นักฟิสิกส์ได้พบเบาะแสแต่ไม่มีหลักฐานที่แน่ชัดของ Majorana fermions ซึ่งถูกสร้างทฤษฎีว่าเป็นปฏิสสารของพวกมันเอง ( SN: 11/15/14, p. 8 ) คุณสมบัติของกึ่งโลหะของ Weyl ทำให้พวกเขาเป็นตัวเลือกที่ดีในการผลิตไม่เพียงแค่ Weyl fermions แต่ยังรวมถึงอนุภาค Majorana ด้วย Xu กล่าว บาคาร่า / ลายสัก