นักวิจัย ในเซี่ยงไฮ้ได้พบหลักฐานชิ้นแรกสำหรับการปิดช่องว่างของแถบอิเล็กทรอนิกส์ในตระกูลของวัสดุชั้นที่เรียกว่าฉนวนทอพอโลยีสามมิติ นักวิจัยได้ผลลัพธ์นี้ด้วยเทคนิค ของลำแสงโมเลกุลที่ช่วยให้พวกเขาปรับทิศทางชั้นของวัสดุเมื่อโตขึ้น งานนี้สามารถช่วยในการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ประหยัดพลังงานมากขึ้นที่ทำจากวัสดุเหล่านี้ และอาจเปิดเส้นทางใหม่เพื่อค้นหาสถานะแปลกใหม่
ที่เป็นไปได้
ในระบบเหล่านี้ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักฟิสิกส์และนักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุได้พัฒนาวิธีจัดการกับคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุสองมิติโดยการบิดชั้นที่บางระดับอะตอมของพวกมันให้สัมพันธ์กัน เทคนิคนี้มีแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกในกราฟีน (แผ่นคาร์บอน 2 มิติ) และหลังจากนั้นก็ได้ขยายไป
สู่วัสดุ 3 มิติ เช่น ฉนวนทอพอโลยีในผลงานของทีมเซี่ยงไฮ้ เช่นเดียวกับกราฟีน ตัวฉนวนเชิงทอพอโลยี 3 มิติสามารถโฮสต์โครงสร้างแถบที่ผิดปกติซึ่งเรียกว่า “กรวยไดแรค” ซึ่งช่วยให้พาหะประจุทำตัวเหมือนอนุภาคไดแรคไร้มวล 2 มิติ ซึ่งหมายความว่าพวกมันสามารถเดินทางผ่านวัสดุด้วยความเร็วสูงมาก
ความสามารถในการเคลื่อนที่ของประจุที่สูงเช่นนี้หมายความว่าทรานซิสเตอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ที่ใช้วัสดุแปลกใหม่เหล่านี้อาจทำงานได้เร็วกว่าและประหยัดพลังงานมากกว่าวัสดุที่ทำจากวัสดุทั่วไป ในฉนวนทอพอโลยี กรวย เกิดขึ้นบนพื้นผิวของวัสดุในสถานะอิเล็กทรอนิกส์พิเศษ สถานะ เหล่านี้
สามารถ “ผสมผสาน” และเปิดช่องว่างแถบ โดยเปลี่ยนวัสดุฉนวนในขั้นต้นให้เป็นตัวนำไฟฟ้า ช่องว่างของแถบนี้คาดว่าจะปิดลงอีกครั้ง แต่ไม่เคยมีการสังเกต “การเปลี่ยนเฟส” ของโทโพโลยีดังกล่าวมาก่อนบิดหลายชั้นในการทำงานของพวกเขา และเพื่อนร่วมงานได้ศึกษาตัวอย่างบางเฉียบ
ของแอนติโมนีเทลลูไรด์ (Sb 2 Te 3 ) สารประกอบนี้ประกอบด้วยชั้นห้าชั้นซ้อนกันโดยอันตรกิริยาของแวนเดอร์วาลส์ที่อ่อนแอ มันสามารถแยกออกเป็นฟิล์มไม่กี่ชั้นหรือแม้แต่ชั้นเดียวซึ่งเช่นกราฟีนสามารถวางซ้อนกันในลักษณะที่ควบคุมได้เพื่อสร้างโครงสร้างที่บิดเบี้ยว ในกรณีของชั้นเดียว อิเล็กตรอน
ไร้มวล 2 มิติ
จะปรากฏที่พื้นผิวด้านบนและด้านล่างของชั้น นักวิจัยใช้เทคนิค ของลำแสงโมเลกุลเพื่อสร้างโครงสร้าง ที่มีสามชั้นดังกล่าว ข้อดีเกี่ยวกับเทคนิคนี้คือช่วยให้พวกมันบิดมุมระหว่างเลเยอร์ในแหล่งกำเนิดได้ นั่นคือระหว่างการเจริญเติบโต ต้องขอบคุณการสแกนการวัดด้วยสเปกโทรสโกปีแบบอุโมงค์
พวกเขาพบว่าฟิล์มของพวกเขามีช่องว่างการผสมข้ามพันธุ์ภายในที่ 60 meV ซึ่งเล็กพอที่จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเฟสโทโพโลยีของประเภทที่พวกเขาต้องการ พวกเขายังสังเกตเห็นลายเซ็นของช่องว่างของวงอิเล็กตรอนที่ปิดลงสำหรับมุมบิดบางมุม พวกเขากล่าวว่างานในอนาคตของพวกเขา
อย่างไรก็ตาม เกือบทุกคนเห็นพ้องต้องกันว่าผลลัพธ์ที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดนั้นดีที่สุดสำหรับฟิสิกส์ของอนุภาคด้วย กล่าวคือ บางสิ่งไม่ว่าจะเป็นอะไรก็ตามจะเกิดขึ้น สิ่งนี้จะทำให้มีความเป็นไปได้มากขึ้นที่โครงการ ขนาดใหญ่ถัดไปที่กำลังพิจารณาอยู่ ถึงสองเท่าโดยไม่มีหลักฐานที่แน่ชัด”
แต่ความคิดดังกล่าวอยู่ไกลจากความคิดของทุกคนที่ในขณะนี้ ตั้งแต่ผู้บริหารระดับสูงไปจนถึงนักศึกษาภาคฤดูร้อนที่กลับมายังสถาบันบ้านเกิด อารมณ์ที่แล็บคือความมั่นใจแบบเงียบๆ และความตื่นเต้นดิบๆ “การตัดสินใจดำเนินการต่อและสร้าง เกิดขึ้นในปี 1996” “แต่หากเราต้องตัดสินใจในวันพรุ่งนี้
ผลลัพธ์ก็จะเหมือนเดิมทุกประการ ถ้าไม่มีเครื่องนี้ เราก็ฝันได้เหมือนกัน” ข้อมูลโดยย่อ: เครื่องชนกันแฮดรอนขนาดใหญ่ บริการนี้ช่วยให้สัตว์เลี้ยงแสนรักของคุณเดินทางผ่านดวงดาวได้อย่างไม่น่าเชื่อ ช่วยให้พวกเขาได้สำรวจสถานที่ที่พวกเขาเคยฝันถึงในชีวิต” บริษัทกล่าวบนเว็บไซต์ และได้อะไรตอบแทน?
ใบรับรอง
ยืนยันว่าสัตว์เลี้ยงของคุณได้ไปในอวกาศจริงๆ คุ้มค่ากับค่าใช้จ่ายแล้ว จะมุ่งเน้นไปที่ระบอบการปิดช่องว่างเพื่อให้ได้หลักฐานที่มั่นคงมากขึ้นสำหรับการเปลี่ยนแปลงระยะนี้ มองหาความชัดเจน
ความซับซ้อนเหล่านี้อาจอธิบายได้ว่าทำไมเอฟเฟกต์ ยังคงเป็นปริศนามาจนถึงทุกวันนี้
นักวิทยาศาสตร์จำนวนหนึ่งได้ตรวจสอบคำกล่าวอ้างแต่ผลลัพธ์ของพวกเขายังไม่สามารถสรุปได้ ตัวอย่างเช่น ในปี 1977 เจียร์ วอล์กเกอร์รายงานว่าเขาสังเกตเห็นเวลาที่น้ำในบีกเกอร์เย็นลงถึง 0 °C จากอุณหภูมิเริ่มต้นที่ต่างกันภายใต้สภาวะต่างๆ การทดสอบเหล่านี้ให้ผลที่ชัดเจน
จะรายงานว่าเขาสามารถทำซ้ำผลลัพธ์ส่วนใหญ่ของเขาได้ แต่เขาก็ยังมีความคลาดเคลื่อนมากในบางส่วน “ผมไม่สามารถยุติความขัดแย้งได้” เขากล่าว อย่างไรก็ตาม แม้จะมีความไม่แน่นอนอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับผลกระทบนี้ นักฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัย และผู้เชี่ยวชาญด้านการเปลี่ยนเฟสของน้ำ
ก็ยินดีที่จะเชื่อเรื่องราว “ผมไม่เห็นเหตุผลใดที่จะสงสัยข้อสังเกตที่แสดงให้เห็นว่าภายใต้สถานการณ์บางอย่าง น้ำร้อนสามารถกลายเป็นน้ำแข็งได้เร็วกว่าน้ำเย็น” เขากล่าว แต่อะไรทำให้เกิดผลกระทบ? ทั้ง ชี้ให้เห็นว่าอาจมีคำอธิบายที่ชัดเจนอย่างน้อยหนึ่งข้อ หากเปิดภาชนะทิ้งไว้ น้ำร้อนจะระเหยเร็วขึ้น
และปริมาตรจะลดลงเมื่อเทียบกับน้ำเย็น ด้วยปริมาตรที่น้อยกว่า ความเย็นของน้ำร้อนสามารถแซงความเย็นได้ ซึ่งควรจะง่ายต่อการทดสอบ ตามข้อมูล เนื่องจากอัตราการระเหยเป็นสัดส่วนกับพื้นที่ของพื้นผิวของเหลว “สิ่งนี้สามารถควบคุมได้อย่างเป็นระบบในการทดลองที่ดำเนินการในคู่ของคอนเทนเนอร์
ที่มีรูปทรงเรขาคณิตต่างกัน” เขากล่าว ความเป็นไปได้อีกอย่างคือกระบวนการแช่แข็งอาจได้รับผลกระทบจากก๊าซที่ละลาย โดยทั่วไป น้ำร้อนจะกักเก็บก๊าซที่ละลายได้น้อยกว่าน้ำเย็น ซึ่งหมายความว่าตัวอย่างสองตัวอย่างที่แตกต่างกันเฉพาะในอุณหภูมิเริ่มต้นจะไม่ประกอบด้วยสารที่ “เหมือนกัน”
