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Super exotisches E-Liquid

14.02.2019

Durch das Beschießen eines ultradünnen „Sandwichs“ aus Halbleitermaterialien mit starken, aber kurzen Laserlichtimpulsen haben Physiker der University of California einen Tropfen einer „elektronischen Quantenflüssigkeit“ mit einer Reihe einzigartiger Eigenschaften erzeugt. Das Bemerkenswerteste an diesem Fall ist jedoch, dass eine Probe dieser E-Flüssigkeit zum ersten Mal bei Raumtemperatur erhalten wurde. Diese Errungenschaft eröffnet einen neuen Weg zur Entwicklung von Hochleistungsgeräten mit elektromagnetischer Strahlung im Terahertz-Bereich, der zwischen Infrarotlicht und Mikrowellenstrahlung liegt. Darüber hinaus kann die Elektronenflüssigkeit in der physikalischen Grundlagenforschung im unendlich kleinen Maßstab eingesetzt werden, was wiederum die Herstellung sogenannter Quantenmetamaterialien ermöglicht, deren Struktur bis auf die Ebene einzelner Atome geordnet ist.

In ihrem Experiment verwendeten die Physiker die dünnste Schicht aus Molybdänditellurid (einem Halbleitermaterial), die zwischen zwei Graphenschichten eingebettet war. Die Dicke dieses "Sandwichs" war sehr gering und überstieg nicht die Dicke des DNA-Kettenmoleküls. Während des Experiments wurden Laserlichtpulse auf die Materialoberfläche aufgebracht, deren Dauer in Billiarden Sekundenbruchteilen berechnet wurde.

Bei herkömmlichen Halbleitermaterialien führt eine solche Bestrahlung mit Laserlicht zum Auftreten von freien Elektronen und positiv geladenen Elektronenlöchern, die sich im Volumen des Materials bewegen, das herkömmlicherweise als gasförmiges Medium angesehen werden kann. Zu Beginn des Experiments geschah alles genau so, wie es den Regeln der klassischen Physik entspricht. Doch nach Erhöhung der im Laserlichtpuls enthaltenen Energie über eine bestimmte Schwelle bemerkten die Wissenschaftler die Bildung eines exotischen Objekts im Material, das sich mit dem nicht ganz eindeutigen Begriff „anomaler Photostromring“ (anomalous photocurrent ring) beschreiben lässt.

Die einzigartigen optoelektronischen Eigenschaften von E-Liquid-Tröpfchen werden es Wissenschaftlern zufolge ermöglichen, damit die neuesten optischen und elektronischen Geräte mit herausragenden Eigenschaften und höchster Effizienz herzustellen. „Derzeit wissen wir sehr wenig über die Eigenschaften solcher E-Liquids, die bisher nur bei Temperaturen unterhalb der Temperatur im offenen Weltraum gewonnen wurden“, schreiben die Wissenschaftler, „Während weiterer Forschungen werden wir die Eigenschaften dieser flüssigen Exoten untersuchen und bestimmen ihre Eigenschaften, wie z. B. Oberflächenspannungskräfte.

Neben der Untersuchung der E-Flüssigkeit selbst planen die Wissenschaftler, damit einige der grundlegenden physikalischen Phänomene zu untersuchen. Beispielsweise kann das Abkühlen eines Tropfens Elektronenflüssigkeit auf ultratiefe Temperaturen ihn in eine Quantenelektronenflüssigkeit mit so exotischen physikalischen Eigenschaften verwandeln, dass er als völlig neuer Materiezustand betrachtet werden kann.

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Amorphes Siliziumkarbid ist ein Material der nächsten Generation, das Kevlar überlegen ist und den Bereich Verteidigung und Mikroelektronik zu revolutionieren verspricht. Seine einzigartigen Eigenschaften, einschließlich hoher Festigkeit und Anwendbarkeit in einer Vielzahl von Anwendungen, machen es zu einem potenziellen Schlüsselakteur für zukünftige innovative Technologien.

Kevlar ist seit langem der Standard für Verschleiß- und Abriebschutz, insbesondere bei Körperschutz und Helmen. Ein neuer Stoff, amorphes Siliziumkarbid, verspricht, den Schutzbegriff zu revolutionieren und der Entwicklung der Mikroelektronik neue Impulse zu geben.

Der außerordentliche Professor Richard Norte, der das Projekt leitete, erklärt, dass die amorphe Natur des Materials eine zufällige Verteilung der Atome bedeutet, im Gegensatz zur geordneten kristallinen Struktur, die für Diamanten charakteristisch ist. Diese Eigenschaft verleiht dem Material keine Zerbrechlichkeit, sondern eine einzigartige Festigkeit auf dem Niveau von 10 Gigapascal (GPa).

Der Professor verwendet eine Analogie: Um einen Klebebandstreifen entsprechend 10 hPa zu zerreißen, wären zehn Autos nötig. Allerdings ist die Haltbarkeit nicht der einzige Vorteil. Amorphes Siliziumkarbid eignet sich aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften zur Herstellung empfindlicher Mikroschaltungen.

Die Forscher verwendeten eine neuartige Chiptestmethode, um das Potenzial von a-SiC zu bewerten. Mit dieser Technologie können hohe Zugkräfte erzeugt werden, indem dünne Schichten aus amorphem Siliziumkarbid aufgewachsen und suspendiert werden.

Das entwickelte Material ist im Gegensatz zu teurem Graphen und Diamanten leicht skalierbar. Amorphes Siliziumkarbid hat potenzielle Anwendungen in der Weltraumforschung, der DNA-Sequenzierung und der Herstellung empfindlicher Mikroschaltkreise und Solarzellen.

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