به گزارش روز شنبه گروه علم و آموزش ایرنا، در آزمایش‌هایی که در آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده اس ال ای سی (SLAC) وزارت انرژی آمریکا انجام شد، این تیم از روشی به‌نام پراش الکترون فوق سریع (UED) برای اندازه‌گیری دمای لایه‌های منفرد استفاده کردند.
نتایج این پروژه درک تازه‌ای از اندازه‌گیری‌های فوق سریع دما در مقیاس اتمی ارائه داد. آنها در این پروژه محاسبات نظری گسترده‌ای را با هم ترکیب کردند.
محققان دریافتند اگرچه لایه‌ها به یکدیگر پیوند محکمی ندارند، اما الکترون‌ها پلی بین آنها ایجاد می‌کنند که این موضوع انتقال سریع گرما را تسهیل می‌کند.
پراش الکترون فوق سریع به‌عنوان یک “دوربین الکترونی” عمل می‌کرد که موقعیت اتم‌ها را در هر لایه ثبت می‌کرد. با تغییر فاصله زمانی بین پالس‌های تحریک‌کننده و کاوشگر به میزان تریلیونم ثانیه، آنها می‌توانستند دمای متغیر هر لایه را به طور مستقل دنبال کنند و با استفاده از شبیه‌سازی‌های نظری، حرکات اتمی مشاهده‌شده را به دما تبدیل کنند.
آرون لیندنبرگ یکی از نویسندگان این مقاله در دانشگاه استنفورد آمریکا در این زمینه گفت: آنچه این رویکرد پراش الکترون فوق سریع را قادر می‌کند، روش جدیدی برای اندازه‌گیری مستقیم دما در این ساختار ناهمسان پیچیده است.
وی افزود: این لایه‌ها فقط چند آنگستروم از هم فاصله دارند، و با این حال ما می‌توانیم به طور انتخابی پاسخ آنها را بررسی کنیم و در نتیجه با تفکیک زمانی، می‌توانیم در مقیاس‌های زمانی اساسی چگونگی تقسیم انرژی بین این ساختارها را به روشی جدید بررسی کنیم.
محققان در این بررسی دریافتند که لایه مواد نیمه‌رسانای دوبعدی تنگستن دی‌سلنید (WSe۲) همانطور که انتظار می‌رفت گرم شد، اما در کمال تعجب، لایه ماده دیگر دی‌سولفید تنگستن (WS۲) نیز گرم شد که نشان‌دهنده انتقال سریع گرما بین لایه‌ها است. در مقابل، زمانی که آنها الکترون‌ها را در ماده تنگستن دی سلنید WSe۲ تحریک نکردند و به جای آن ساختار ناهمسان را با استفاده از یک لایه تماس فلزی گرم کردند، رابط بین این دو ماده نیمه رسانا ( WSe۲ و WS۲ ) گرما را بسیار ضعیف منتقل می‌کرد.
راجا از محققان این بررسی گفت: بسیار شگفت‌انگیز بود که دیدیم دو لایه تقریباً به‌طور همزمان پس از تحریک نوری گرم می‌شوند و ما را به درک عمیق‌تر آنچه در حال وقوع است، نزدیک‌تر کرد.
این تیم برای درک مشاهدات خود، از محاسبات نظری با استفاده از روش‌های مبتنی بر نظریه تابعی چگالی برای مدل‌سازی نحوه رفتار اتم‌ها و الکترون‌ها در این سیستم‌ها با پشتیبانی مرکز مطالعات محاسباتی پدیده‌های حالت برانگیخته مواد انرژی (C۲SEPEM)، استفاده کردند.
محققان محاسبات گسترده‌ای از ساختار الکترونیکی لایه این مواد نیمه رسانای دوبعدی (WSe۲/WS۲ ) و همچنین رفتار ارتعاشات شبکه در این لایه‌ها را انجام دادند مانند سنجاب‌هایی که از یک جنگل عبور می‌کنند و می‌توانند در امتداد مسیرهایی که توسط شاخه‌ها تعریف شده‌اند، بدوند و گاهی بین آنها بپرند، الکترون‌های موجود در یک ماده به حالت‌ها و انتقال‌های خاصی محدود می‌شوند و دانش آن ساختار الکترونیکی راهنمایی برای تفسیر فراهم می‌کند.
جونا هابر محقق فوق دکتری در بخش علوم مواد در آزمایشگاه برکلی آمریکا هم گفت: با استفاده از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری، ما کشف کردیم که الکترون در یک لایه در ابتدا به دلیل ارتعاشات شبکه می‌خواست به جاهایی مشخص پراکنده شود. ما دریافتیم که آنها می‌خواهد به این حالت ترکیبی پراکنده شوند نوعی “حالت چسب” که در آن الکترون در هر دو لایه به‌طور همزمان آویزان هستند. ما ایده خوبی از اینکه این حالت‌های چسب چگونه هستند داریم.
براساس گزارش ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی در مقیاس بزرگ تأیید کردند که در غیاب «حالت چسب» الکترون مشترک، انتقال گرما از یک لایه به لایه دیگر بسیار طولانی‌تر طول می‌کشد.