与FLEET相关的一些术语和材料。
每个定义的前一两句话都是针对非物理学家的。对于该领域的物理学家来说,这些建议是准确的,非行话的简化,以帮助交流你的科学。斜体给出了一些术语的专家信息,以及有用的链接。
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二维二维材料是单层原子的厚度。二维材料是FLEET研究主题1和2的关键(见下文),而二维原子气体用于研究主题3。最著名的材料是石墨烯。
arp用于研究材料电子特性的技术(如清华大学和现在的澳大利亚同步加速器)。点击这里阅读ARPES.代表角度分辨光电发射光谱。
人工拓扑系统石墨烯和二维拓扑绝缘体的人工类似物,通过先进的纳米制造技术与传统半导体相结合实现。
原子薄材料含有一层或几层原子厚度的材料(该术语通常与2D材料互换使用)
能带能隙(价电子和传导电子之间),它定义了一种材料是导体(无间隙)、绝缘体(大间隙)还是半导体(小间隙)。半导体物理学中充满了关于间隙“大小”的参考,例如,对于在室温下仍具有拓扑结构的材料来说,需要大的带隙。(如果在室温下有足够的能量来“桥接”这个带隙,那么你的半导体就变成了导体,不能再“开关”了。)
能带理论元素理论解释为什么有些材料导电而有些材料是元素的理论参见Michael Fuhrer的无数学解释.
双层激子晶体管该晶体管采用双层材料,其中一层携带电子,底层有“空穴”,形成强束缚的激子,以极低的电阻作为超流体流动。双层(或双层)激子晶体管将形成逻辑电路,就像现在的硅基晶体管一样。
Wolfgang Ketterle, BEC先锋
“bose - einstein”冷凝物量子态所有粒子具有相同能量和波长的超低温量子态在FLEET的研究主题2和3中学习。见舰队顾问Wolfgang Ketterle的演讲,新闻稿而且莫纳什大学的新BEC设备.
手性/手性这个术语指的是对称性。如果一个分子或系统完全对称,那么它就是“手性”的;它是自己的镜像。(有时也被称为“手性”,如左手和右手。)手性自旋态,如skyrmions和手性畴壁,被认为是可以在超低电流密度下驱动的拓扑自旋电子器件的潜在有用构件。
互补金属氧化物半导体传统的硅基互补金属氧化物半导体(CMOS)电子产品预计将在本十年末达到物理极限,功耗是限制其性能的重要因素;从质量上讲,我们需要新技术来扩展IT革命。
狄拉克材料一类材料,包括石墨烯和拓扑绝缘体,狄拉克半金属,Weyl半金属,一些高温超导体和液体He3。
dissipationless当前不浪费能量的电流。电子产品的功耗是由于电流流动有阻力而产生的。阻力越大
更多的能量被消耗掉。FLEET已经确定了三种可能在室温下实现无耗散电子传导的方法。拓扑相、超流体和物质的非平衡态
域壁铁电材料中原子尖拓扑缺陷分离均匀极化区域。畴壁是导电的,而畴壁的周围(即材料的主体)是绝缘的。就读于新南威尔士大学.“纳米电子学”的基础,其中的壁(而不是大部分材料)存储二进制数据。
电子平滑无电子缺陷(见最近纸观察Na的电子平滑度3.Bi)。
平衡态物质处于平衡状态,不随时间变化(另见非平衡状态)。
激子由两个强束缚的带电粒子(电子和空穴)组成的准粒子。激子超流体是FLEET的研究主题2。
exciton-polariton部分物质和部分光的准粒子:与光子结合的激子。激子-极化子超流体是FLEET的研究主题2。
去角质散装单晶用于FLEET研究的新型2D材料的一种方法
铁电材料可以被认为是铁磁材料的电学类比,它们的永久电极化类似于磁体的北极和南极。
铁磁材料可磁化的材料。参见UoW的铁磁半导体研究.在这些材料中,电子自旋可以排成一列,形成强磁场(这就是它们可以被“磁化”的意思)。铁磁性是一种现象,未配对的电子自旋彼此平行排列,在大块材料的一个区域内产生强烈的磁场。当施加一个小磁场时,所有的自旋都100%对齐,或平行于磁场方向。也见顺磁材料。
聚焦离子束一种使用紧密离子束来研究纳米级结构的显微镜,也可以沉积或移除材料以形成新的结构。
Floquet拓扑绝缘体在FLEET的研究主题1中,通过将光应用到传统绝缘体上而创建的拓扑绝缘体。
手套箱密封容器,可通过手套在受控的气氛中操作。当压力被逆转时,滑稽可笑。
石墨烯,通过STM观察
石墨烯一个二维碳原子层。石墨烯是最著名的二维材料,以其极高的电子迁移率而闻名,但它没有带隙,因此不能像晶体管那样“开关”。易产生电荷积坑,因而常与h-BN结合形成电子光滑材料。莫纳什大学的石墨烯生物传感器.石墨烯电阻率/电导率的首次定量测量是由FLEET的Michael Fuhrer完成的。
异质结构一种将两种不同的材料在受控界面上结合在一起的结构
孔电子的缺失。另见激子。阅读新南威尔士大学关于量子线中孔自旋的研究
连接FLEET开发的电子设备将由两种不同类型的二维(2D)材料构成,因此我们研究了这些不同二维材料之间的连接过程。阅读关于直接观察这种过程的改进莫纳什.
kicked-rotor系统一个循环系统被额外的能量周期性地“踢”。想象一下,一个自由旋转的自行车轮子连在踏板上,每转几圈就会受到“踢”,或者每转几圈就会被棍子戳一下。利用激光脉冲周期性地踢原子,可以在实验室中实现周期性踢转子气体。
液态金属沉积RMIT开发的一种沉积二维材料的新方法读故事.
光刻技术在材料上“写”一些东西的技巧。根据使用的显微方法不同,可分为光刻、电子束光刻、AFM光刻和离子光刻等。参见范吉(新南威尔士大学)光刻微商标.
低维一维(1D)系统,如量子线或拓扑绝缘体的边缘状态,或二维(2D)系统,如原子薄材料
兆电子伏兆电子伏,最常用于量化带隙的能量单位。在室温下,有大约25 meV的可用环境,因此半导体必须具有超过25 meV的带隙,否则缺口将由于可用能量而“关闭”。(1 meV =一个电子通过一百万伏特电位差所获得的能量。)按照奇数惯例,通常用小写m表示。
相结合微米级结构;一种夹在超反射镜之间的光学介质,用于限制光,使其形成激子-极化激子(FLEET的研究主题2)。
分子束外延一种用于沉积单晶薄膜的方法。阅读舰队研究在伯克利的在线MBE.
单层一个二维材料层
摩尔定律自20世纪60年代以来,单位面积上晶体管的数量每18个月就增加一倍。半导体行业现在承认,摩尔定律正在逐渐消失,这一时期将延长到三年,并将在未来几十年逐渐停止。一个相关的“定律”,库米定律,解释了能源效率的历史性进步,而这种进步也在逐渐消失。
形态“形状”的一种奇特说法
场效应晶体管一种20世纪20年代设计的常见晶体管技术,在现代电子学中几乎无处不在;一种场效应晶体管,在栅极和沟道之间有一层薄薄的氧化硅。(金属氧化物半导体场效应晶体管)CMOS技术的一个子集。
多铁性材料显示不止一种铁性质的材料,如同时显示磁性和电子次序的材料回顾未来低能量数据存储的多铁材料)
Na3.BiFLEET研究的拓扑狄拉克半金属(见下文),因其卓越的电子性能而被称为“3D石墨烯”(参见电子光滑度研究).
非平衡状态状态:由于能量(如光)的应用而暂时被迫的状态虽然平衡态的物理学已经被很好地理解,但对非平衡态的研究只是最近才有如此深入的研究。例如,非平衡物理是FLEET研究主题3的关键在斯威本使用强烈的光线.
非线性相互作用作用力作用在系统上的相互作用会导致不成比例的结果
顺磁材料被磁场和铁磁铁吸引,但不磁化的材料。其中电子自旋的材料随机分布在材料中,只能部分对齐,形成弱磁场。当施加磁场时,自旋有与磁场方向平行排列的趋势。
声子表示振动(或声波)在物质中传播的准粒子
等离子体一个准粒子;等离子体振荡的量子。
等离子表面等离子体激元的研究,是物理光学和凝聚态物理学边界上的一个物理学领域
极化声子混合粒子:与电偶极子耦合的光子。这个偶极子可能是一个激子(见exciton-polariton)或振荡表面电子(产生一个表面-等离子体极化声子)
量子自旋霍尔效应自旋-轨道相互作用驱动的效应,使非磁性材料具有导电边缘,只要不存在磁失调,就可以在没有电阻的情况下携带电流。QSHE于2004年首次预测,实现了拓扑材料以可忽略不计的耗散携带电流的潜力(最初,QSHE是在石墨烯中预测的,但雷竞技苹果版在2007年首次在实验室中使用HgTe/CdTe量子阱进行演示)。
薛其坤,谁发现了QAHE
量子反常霍尔效应QSHE的磁性版本(上图),其中导电边只在一个方向上携带电流,并且完全没有电阻。该成果由薛启坤教授(清华大学FLEET合作研究员)于2013年在清华大学实验室首次实现。QSHE的实验演示表明,电流可以以可以忽略不计的耗散进行微米距离的传输,而QAHE则表明,电流可以完全没有可测量的耗散进行传输,正是2013年的这一发现真正打开了FLEET目前正在研究的拓扑电子学领域。
量子维里膨胀量子气体的状态方程(即压强、温度和密度之间的关系)按密度的幂级数展开,它代表了两、三、四、……体相互作用的贡献。
量子线连接两个空穴/电子储层的狭窄收缩,它们各自局限于二维(即,它们存在于无限平坦的平面中)。因为通道实际上是一维的,所以带电粒子在通道中运动时会受到与路径垂直的量子限制。实际上,是“单行”旅行。这样,沟道的电导(即带电粒子沿沟道流动的难易程度)就被量化了。即,通道的电导在“阶跃”中增加。
半金属与普通金属相比电子数量很少的金属
孤子量子粒子(或准粒子)以行进的非耗散波的形式传播
自旋粒子的自旋是其固有的角动量,也是磁性的原因。请参见下面的SOI。
spin-gapless半导体一种连接半导体和半金属的新型材料,由FLEET的王晓林首先提出。一种很有前途的自旋电子学候选材料,其中带电粒子可以完全自旋极化.
自旋轨道相互作用(SOI)电子运动和它们固有角动量之间的相互作用,它驱动拓扑效应。参见新南威尔士大学SOI的实验验证而且GaAs中SOI的研究量子点接触。
自旋电子学电子研究的一个新兴领域,其中电子的“自旋”(它们的固有角动量)除电荷外还被使用。
超导体一种电流可以在不耗散的情况下流动的量子效应,但尽管经过了几十年的研究,超导体仍然仅限于在极低的温度下工作(因此作为电子设备是不可行的,因为冷却设备所需的能量比节省的能量要多!)人们不可避免地会混淆超导性和超流体流动……
超流体一种粒子流动时不遇到任何阻力的量子状态激子和激子-极化激子都可以在超流体中流动。在FLEET的研究主题2中学习。
Na3Bi
拓扑狄拉克半金属(TDS)传统绝缘体(不导电)和拓扑绝缘体(沿其边缘导电)之间边界处的拓扑材料。例如,Na3.Bi(见recent)电子光滑纸).它们与石墨烯相似,电子流看起来没有质量(电子以高速匀速移动)。tds位于传统绝缘体(不导电)和拓扑绝缘体(沿边缘导电)之间的边界,因此对于实现拓扑导通开关的器件非常有用,例如使用电场。
替代(长)定义:如果不经过一个量子临界点,传统绝缘子就不能转化为拓扑绝缘子,在这个临界点上绝缘子的带隙为零。在这个量子临界点,导带和价带接触,材料是拓扑狄拉克半金属,在带交叉处具有狄拉克电子色散。最近,人们认识到tds不需要微调参数来达到量子临界点,但可以通过晶体对称性来稳定。此后,许多tds (Cd3As2, Na3Bi, TlBiSSe等)被提出并实现。
拓扑绝缘体一种相对较新的材料,其内部绝缘,但沿其边缘导电。拓扑材料的子集。雷竞技苹果版在不断增加的数学能力水平中,请参见:
雷竞技苹果版材料科学的范式转变,1987年首次提出,直到最近十年才在实验室中得到证明。拓扑材料的重要性得到了2016年诺贝雷竞技苹果版尔物理学奖的认可,授予迈克尔·科斯特利茨、邓肯·霍尔丹和大卫·索利斯。
拓扑晶体管一种使用拓扑材料作为通道的晶体管,能够在导电(拓扑绝缘体,对应于“开”)和绝缘(普通绝缘体,对应于“闭”)之间“切换”。拓扑晶体管将形成逻辑电路,就像现在硅基晶体管一样。
晶体管现代计算机核心的微小开关。每个微芯片中都有数十亿个芯片,它们的逻辑功能与70年代同名“晶体管”收音机或祖父的老式真空阀的组件相同:在栅极线上施加电压,电流将从a流到B;停止栅极电压,电流停止流动。
二维(2D)材料FLEET研究了形成电流向下流动的超低电阻路径的潜力。最著名的“2D”材料是石墨烯,它是一层碳原子。FLEET研究其他二维材料的电子特性。在晶体管内的空穴中,二维区域不是由材料本身形成的,而是由带电粒子限制在材料之间的界面上形成的。两个半导体之间的电压将空穴限制在这个界面上。
过渡金属二卤代化物具有电子和光电子器件有用物理性质的原子薄材料;用作微腔中的光学介质。
tmd是一类范德华材料(见下文)。FLEET研究MX2类型的tmd,其中M是过渡金属原子(钼、钨等),X是硫原子(硫、硒或碲)。
这些tmd的原子薄单层是具有直接带隙和其他物理性质的半导体,对电子和光电子器件非常有用。一种类似于2D石墨烯的3D材料,它的电子表现得好像没有质量。这些材料位于传统绝缘体(不导电)和拓扑绝缘体(沿其边缘导电)之间的边界,因此对于拓扑导电可以开关的器件非常有用。
范德华异质结构由不同的范德华材料层层堆砌而成的结构。
范德华(vdW)材料一种由二维层天然构成的材料,由弱静电范德华力结合在一起,可以单独隔离或与其他材料堆叠形成新的结构。层可以单独隔离,也可以与其他材料堆叠形成新的结构。
圆片规模在大的规模上,物理尺寸大到足以用于商业芯片生产,如实验室规模。有些材料的发展到这种规模是有限制的,这是我们说“我们完成了!”在工业环境中,它意味着直径为100毫米的半导体芯片,但在实验室中,它可能意味着1英寸的尺寸。
Weyl元素粒子(理论)有自旋方向平行于反平行于它的运动方向,没有质量。
外尔半类似于拓扑狄拉克半金属,但具有不寻常的表面状态,可能导致无耗散传导。一种雷竞技苹果版拓扑材料,理论上可以带电荷而不耗散。在Weyl半金属中,(理论上)Weyl准粒子(无质量,)可以相对地携带电流(与石墨烯相同),即没有能量耗散。电子自旋可以平行于或反平行于它的运动方向。Weyl金属的金属性质非常稳定,不受任何外界影响而破坏。另见半金属。
Xene基于IV组和V组材料的拓扑绝缘体(“组”指周期表)
