Adsorbimento e struttura all'interno dei nanopori. un I cerchi in grigio scuro illustrano il comportamento di adsorbimento di 4 Lui a 4,2 K in MCM-41 pre-placcato con un monostrato di gas Ar all'aumentare della pressione. Qui P 0 è la pressione di vapore di equilibrio di massa di 4 Lui. Le stelle colorate indicano i ripieni dove completare 4 Gli strati he si verificano con le immagini dell'inserto call-out che mostrano configurazioni Monte Carlo quantistiche di una sezione trasversale di MCM-41 con uno strato Ar equilibrato (sfere grigio chiaro) a P /P 0 = 0 e i livelli di sviluppo di 4 He (da 1 strato a 3 strati più il nucleo centrale) all'aumentare della pressione. Qui l'Ar è rappresentato come un guscio cilindrico per chiarezza. Il diamante viola chiaro indica il riempimento in corrispondenza del quale sono state eseguite misurazioni sperimentali di scattering di neutroni anelastici a Q in = 4.0 Å −1 corrispondente a pori completamente riempiti. b Quantum Monte Carlo risulta con barre di errore stocastiche raggruppate per la densità numerica radiale degli atomi ρ rad (r ) all'interno dei nanopori a T = 1.6 K dove sono stati eseguiti gli esperimenti di scattering. I colori corrispondono alle frazioni di riempimento speciali in a . All'aumentare della pressione, il 4 Gli atomi formano una serie di strati concentrici, con anche la densità degli strati esterni in aumento. Credito:Comunicazioni sulla natura (2022). DOI:10.1038/s41467-022-30752-3
I fisici dell'Università dell'Indiana e dell'Università del Tennessee hanno decifrato il codice per ridurre i microchip e la chiave è l'elio.
I microchip sono ovunque, eseguono computer e automobili e aiutano persino le persone a trovare animali smarriti. Man mano che i microchip diventano più piccoli, più veloci e in grado di fare più cose, i cavi che conducono l'elettricità devono seguire l'esempio. Ma c'è un limite fisico a quanto piccoli possono diventare, a meno che non siano progettati in modo diverso.
"In un sistema tradizionale, quando si inseriscono più transistor, i cavi si riducono", ha affermato Paul Sokol, professore presso il Dipartimento di Fisica dell'IU Bloomington College of Arts and Sciences. "Ma con sistemi di nuova concezione, è come confinare gli elettroni in un tubo unidimensionale, e questo comportamento è abbastanza diverso da un filo normale."
Per studiare il comportamento delle particelle in queste circostanze, Sokol ha collaborato con un professore di fisica all'Università del Tennessee, Adrian Del Maestro, per creare un sistema modello di elettronica racchiuso in un tubo unidimensionale.
Le loro scoperte sono state recentemente pubblicate su Nature Communications .
La coppia ha usato l'elio per creare un sistema modello per il loro studio perché le sue interazioni con gli elettroni sono ben note e può essere reso estremamente puro, ha detto Sokol. Tuttavia, c'erano problemi con l'uso dell'elio in uno spazio unidimensionale, il primo era che nessuno lo aveva mai fatto prima.
"Pensalo come un auditorium", ha detto Sokol. "Le persone possono muoversi in molti modi diversi. Ma in una sala lunga e stretta, nessuno può passare davanti a nessun altro, quindi il comportamento diventa diverso. Stiamo esplorando quel comportamento in cui tutti sono confinati in fila. Il grande vantaggio di l'utilizzo di un modello di elio ci permette di passare dall'avere pochissime persone nella sala all'averlo pieno. Possiamo esplorare l'intera gamma della fisica con questo sistema, cosa che nessun altro sistema ci permette di fare."
La creazione di un sistema modello di elio unidimensionale ha posto anche molte altre sfide per i ricercatori. Se cercavano di realizzare un tubo abbastanza piccolo da contenere l'elio, ad esempio, era troppo difficile effettuare misurazioni.
Era anche impossibile utilizzare tecniche come lo scattering dei neutroni, un metodo potente che prevede l'uso di un reattore o acceleratore che genera un raggio di neutroni per raccogliere informazioni dettagliate sul comportamento delle particelle in un sistema unidimensionale.
D'altra parte, potevano realizzare tubi molto lunghi usando vetri specializzati cresciuti attorno a molecole modellate, ma i fori non erano abbastanza grandi da confinare l'elio in una dimensione.
"Devi letteralmente creare una pipa larga solo pochi atomi", ha detto Del Maestro. "Nessun liquido normale scorrerebbe mai attraverso un tubo così stretto, poiché l'attrito lo impedirebbe."
Per risolvere questa sfida, il team ha nanoingegnerizzato un materiale prendendo vetri che hanno canali unidimensionali e placcandoli con argon per rivestire la superficie e creare un canale più piccolo. Potrebbero quindi creare campioni che conterrebbero molto elio e supporterebbero l'uso di tecniche come lo scattering di neutroni per ottenere informazioni dettagliate sul sistema.
Con la realizzazione sperimentale dell'elio unidimensionale, Del Maestro e Sokol hanno aperto una nuova importante strada per questa ricerca.
Successivamente, il team prevede di utilizzare questo nuovo sistema modello per studiare l'elio ad alta densità, paragonabile agli elettroni in un filo sottile, e a bassa densità, paragonabile agli array unidimensionali di atomi utilizzati nella scienza dell'informazione quantistica.
Hanno anche in programma di sviluppare altri materiali nanotecnologici, come i pori rivestiti di cesio in cui l'elio non bagna la superficie di cesio. Ciò ridurrebbe ulteriormente le interazioni dell'elio confinato con il mondo esterno e fornirebbe un sistema più ideale per sfidare nuove teorie. + Esplora ulteriormente
