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德国KIT受锁子甲结构启发设计出新型可改变霍尔系数的超材料

2017-01-23 177浏览 标签: 德国超材料

2017年1月19日,德国卡尔斯鲁厄理工学院(以下简称KIT)通过官网发布消息称,KIT研究人员受中世纪骑士所用锁子甲结构启发,设计出新型可改变霍尔系数的超材料。

所谓霍尔效应,是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时,产生横向电位差的物理现象。该效应是物理学基础研究要素之一,提供了一种测量磁场强度的简单方法,是汽车中磁性传感器的基础。除了测量磁场之外,霍尔效应还可以用于金属和半导体的表征,可以确定材料的电荷载流子密度,推导出半导体制造元件的载流子携带的是正电荷还是负电荷。

而事实上,科学家在理论上已经预测了可以改变一些材料(例如金或硅)的霍尔系数,即反转其符号。这是通过链状三维环状结构实现的,类似于历史上出现的锁子甲。然而其实现条件非常苛刻,因为百万分之一米的小环状结构上必须由三个不同的组成部分。

  

超材料的环状结构由锁子甲灵感启发(来源:KIT)


现在,来自KIT的应用物理研究所的Christian Kern,Muamer Kadic和Martin Wegener研究发现,如果所选择的环状结构遵循特定的几何排列,则选用单一的基本材料即可。首先,他们用高分辨率3D打印机制备出聚合物框架,随后用半导体氧化锌涂覆。

实验研究表明:可以将原本霍尔系数是负数材料,通过新设计得到霍尔系数为正数的超材料。Christian Kern解释说:“超材料中的电荷载流子仍然是带负电荷的电子,但是霍尔测量显示其带正电荷,因为它们被迫走结构性迂回。”目前该研究尚处于起步阶段,Christian Kern表示这一发现目前还没有发现这一研究实际应用上的明确好处,但是存在足够量的具有负霍尔系数可转为正霍尔系数潜力的固体材料。下一步的研究方向是产生各向异性结构,研究可以用于新型传感器中的超材料。

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