贝尔法斯特女王大学研究人员用 110 年前的实验破解了科学之谜
研究人员利用一项具有 110 年历史的实验来破解一个科学谜团，该谜团现在可以帮助彻底改变控制从咖啡机到医疗植入物等一切事物的微型电子电路。这一突破由贝尔法斯特女王大学的一群学生完成，首次揭示了一种不寻常的纳米材料的电子特性。
使用可追溯到 1911 年的旧实验几何的现代化版本，研究人员首次能够测量“畴壁”的确切电子特性。这些是嵌入在一些晶体材料中的纳米级二维薄片。畴壁可以比周围的晶体更导电。它们可用作纳米级电连接，但它们的真正潜力在于还可以根据需要创建、销毁和移动。与当前的技术相比，这使得它们非常灵活和适应性强，而这些技术都依赖于固定就地的组件。基于这些移动域墙的设备将是完全可重新配置的——它们可以完全改变它们的功能，甚至在它们发生故障时自我修复。所有这一切都可能在眨眼之间发生，为一种完全不同的电子电路铺平道路。
迄今为止，科学家们发现很难详细检查畴壁。宽度只有几个原子——大约比人类头发的宽度薄一万倍——它们非常小，不易接近。现在，女王的研究人员已经能够阐明这些材料的能力，这可能会为未来的电路开辟道路，这些电路可以重新配置和自我修复。
在皇后大学数学和物理学院领导该实验的学生之一康纳·麦克拉斯基(Conor McCluskey)评论说：“我们已经能够使用一个已有一个多世纪历史的实验来破解纳米技术中的现代谜团。我们已经能够详细展示畴壁是如何导电的。“我们现在知道，在这些畴壁内携带电流的电子在室温下移动得非常快。它们以与石墨烯中的电子相似的速度移动——石墨烯是一种因其导电特性而备受赞誉的神奇材料，它的发现获得了 2004 年的诺贝尔奖。“通常，当电子携带电流时，它最终会从材料中的原子散射出去。这会阻止电子在其旅途中并产生电阻。我们发现，这些畴壁中的电荷在分散之前可以移动很长时间——平均而言，它们移动得相当快。这一特性本身对高速电子设备非常有用，但结合畴壁本身完全可移动且可重新配置的事实，可能会改变纳米技术的游戏规则。”
Conor 补充道：“纳米技术正处于一个十字路口。从历史上看，我们一直专注于使电子元件越来越小。这意味着您可以更适合您的设备，因此您的设备功能更强大。我们现在已经到了在不影响组件可靠性的情况下，我们不能再变小，这是物理定律不允许的。“下一代设备将需要依赖做不同事情的材料，而移动域墙可能会为我们提供这一点。我们的发现揭示了这些畴壁中究竟发生了什么以使它们以它们的方式运行，而这种理解是创建可靠工作的真正畴壁设备的关键。”
皇后大学数学与物理学院的 Marty Gregg 教授评论说：“畴壁研究的先驱 Nava Setter 教授用一个很好的比喻来描述畴壁在纳米电子学中的潜在应用。你可以把电路想象成一个城市，一个复杂的建筑物布局，所有这些都通过道路连接在一起。“类似地，电路具有通过电子连接连接在一起的电子元件。如果这些电气连接由可移动和可重新配置的畴壁提供，那就像有能力在瞬间改变城市道路的布局，让您直接通往目的地。现在，我们开始揭示畴壁本身的真实电子特性。与其简单地充当连接，它们似乎可以充当功能组件本身。坚持类比，我们可以移动和重建城市中的实际建筑物，而不仅仅是它们之间的连接。”
他补充说：“有了可以重新配置或自我修复的电路，我们就可以拥有极其灵活和适应性强的微型电子设备。这可能会对社会产生巨大的影响。例如，能够修复不易接触到的电子设备，例如医疗植入物或在轨卫星，这将是一个巨大的好处。”研究结果最近发表在Advanced Materials上，这是物理学和材料科学领域最受推崇的期刊之一。
女王大学团队与来自法国(Manuel Bibes 博士)、美国(Alexei Gruverman 教授)和爱尔兰共和国(Ursel Bangert 教授)的团队合作。
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