התקנים מבוססי פרודה יחידה

באמצעות מתיחה מבוקרת של פרודות, חוקרים מאוניברסיטת קורנל הדגימו כי התקנים המבוססים על פרודה יחידה יכולים לשמש ככלים חדשים ועוצמתיים עבור ניסויים במדע בסיסי. המחקר שלהם הניב בדיקות מפורטות של תיאוריות ארוכות שנים לגביי יחסי-הגומלין של אלקטרונים ברמה הננומטרית.

המחקר, שבוצע בראשותו של הפיסיקאי Dan Ralph, פורסם במהדורת הרשת של כתב-העת המדעי Science. החוקרים בחנו פרודות מבוססות-קובלט מסוימות בעלות מה שקרוי ספין פנימי – כמות מנתית של תנע זוויתי.

תיאוריות שפורסמו בשנות השמונים של המאה הקודמת חזו שספין מולקולארי עשוי לשנות את יחסי-הגומלין שבין האלקטרונים הפנימיים בפרודה לבין אלקטרוני הערכיות (המוליכים חשמל) הסובבים אותה, וכי יחסי-גומלין אלו ייקבעו את מידת הקלות שבה אלקטרונים ינועו דרך הפרודה. עד היום, תיאוריות אלו לא נבחנו באופן מעמיק בשל הקושי הקשור בהכנת התקנים בעלי ספינים מבוקרים. הבנת אלקטרוניקה המבוססת על פרודה יחידה דורשת מומחיות הן בכימיה והן בפיסיקה, והצוות מקורנל אכן מומחה בשני התחומים.

“אנשים מכירים פרודות בעלות ספין, אולם אף אחד לא הצליח לשלב בין הכימיה לפיסיקה לשם הכנת ממשק מבוקר עם פרודות אלו,” אמר החוקר הראשי.

החוקרים השיגו את הממצאים שלהם באמצעות פרישת פרודות פרטניות בעלות ספין פנימי בין שתי אלקטרודות ובחינת התכונות האלקטרוניות שלהן. הם צפו בזרימת אלקטרונים דרך תצמיד הקובלט, שקורר לטמפרטורות נמוכות באופן קיצוני, תוך הגברה איטית של הלחץ על הקצוות לשם מתיחת הפרודה. בנקודה מסוימת, העברת זרם דרך הפרודה הפכה קשה יותר. החוקרים הצליחו לשנות באופן מחוכם את התכונות המגנטיות של הפרודה באמצעות הפיכתה לפחות סימטרית.

לאחר התרת המתח, הפרודה שבה לאופייה המקורי והחלה בהעברת זרם קלה יותר – עובדה שהצביעה על כך שהפרודה לא נפגמה. מדידות שהתקבלו כתלות בטמפרטורה, בשדה המגנטי ובמידת המתח המופעל על הפרודה, סיפקו לחוקרים תובנות חדשות לגביי ההשפעה המדויקת של ספין מולקולארי על פעילותם וזרימתם של אלקטרונים.

ההשפעות של ספין גבוה על התכונות החשמליות של התקנים ננומטרים היו סוגיה תיאורטית לחלוטין לפני המחקר של הצוות מקורנל, טוען החוקר. ע”י הכנת התקנים המכילים פרודות בעלות ספין גבוה והשימוש במתח לשם בקרה על הספין, צוות החוקרים הוכיח כי התקנים שכאלו יוכלו לשמש ככלי מעבדתי עוצמתי לבחינת שאלות מדעיות בסיסיות כגון אלו.

הידיעה מהאוניברסיטה