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금속을 유전체로 변형

03.05.2017

Higher School of Economics와 Jyväskul Nanocenter(Finland)의 연구원들은 금속 나노와이어에서 양자 크기 효과를 실험적으로 처음으로 시연했습니다. 발견된 효과는 보편적이며 초소형 나노전자 시스템을 설계할 때 고려해야 합니다.

이번 연구는 비스무트(bismuth)로 만들어진 금속 나노와이어의 전기저항이 직경이 감소하는 과정에서 비단조적으로 변화하다가 급격히 증가하여 물체가 유전체(절연) 상태로 전이되는 과정을 보여줍니다. 과학자들에 따르면 양자 크기 효과는 전자의 에너지 스펙트럼 양자화와 같은 근본적인 현상과 관련이 있습니다. 그리고 그것은 극히 작은 크기의 물체에서만 관찰할 수 있습니다.

"전하 캐리어는 일반적으로 전자이고 정확한 위치를 결정하는 것은 불가능하지만 특정 영역에 있을 확률은 알고 있습니다. 이 확률은 양자 역학적 파동 함수로 설명되며 각 파동에는 고유한 특성 스케일이 있습니다. - 파장"이라고 공동 저자 연구 중 한 명이 설명합니다. - 따라서 크기가 이 파동의 파장과 유사한 도체를 만들면 시스템의 특성에 질적 변화가 있을 것입니다. 이 경우 우리는 에너지 준위의 양자화, 즉 연속 스펙트럼을 잘 정의된 준위로 분할하는 것을 말합니다. 또한 채워진 에너지 상태와 채워지지 않은 상태를 구분하는 페르미 준위가 있습니다. 도체가 감소하면 에너지 준위가 이 임계값을 기준으로 이동하기 시작하고 마지막으로 채워진 준위가 페르미 준위와 교차하는 순간 샘플이 금속에서 절연 상태로 이동합니다. 이것이 우리의 경우 양자 크기 효과의 본질입니다."

와이어는 모든 전기 회로의 기초이기 때문에 나노 와이어를 "시험 대상"으로 선택했으며 박막도 예로 연구했습니다. 양자 크기 효과(QSE)를 연구하는 몇 가지 방법이 있습니다. 첫 번째 샘플에서는 동일한 샘플의 크기가 지속적으로 감소합니다. 두 번째에서는 다양한 크기의 여러 샘플이 사용됩니다.

연구원들은 "더 깨끗한" 실험과 일치한다고 생각했기 때문에 첫 번째 것을 선택했습니다. 이 경우의 주요 문제는 구조물을 손상시키지 않도록 구조를 줄이는 작업이었습니다. 나노구조의 크기는 불활성 가스(아르곤)의 이온 빔으로 에칭함으로써 감소되어 표면을 "연마"합니다. 표면 거칠기가 약 1 나노미터(약 40개의 원자층)인 최적의 처리 모드가 발견되었습니다. 이 경우 가장 작은 와이어 직경은 약 300nm이고 시작 직경은 약 XNUMXnm였습니다. 샘플 자체는 전자빔 리소그래피 및 방향성 진공 증착의 상당히 표준적인 프로세스를 사용하여 제작되었습니다. 샘플을 만들고 세심하게 체크한 후 측정을 위해 가장 좋은 것을 선택했습니다. 이후 구조가 얇아져서 단순히 파손(즉, 찢어짐)되는 순간까지 이온 식각 및 측정의 주기를 여러 번 반복했습니다.

"이 연구의 주요 결과는 이 소중한 금속-절연체 전이가 이론가들의 계산에만 존재하는 것이 아니라 실험적으로도 관찰될 수 있다는 것이었습니다. 초기 연구에서 이 결과는 박막에서 달성되었지만, 이를 수행하려는 시도도 있었습니다. 우리의 연구는 금속 도체에서 양자 크기 효과를 실험적으로 입증한 최초의 작업 중 하나라고 말할 수 있습니다. 따라서 우리의 연구는 (나노)전자 회로 소자의 소형화에 대한 근본적인 한계를 결정할 수 있다고 과학자들은 지적합니다.

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Xbox 360의 초기 사본에는 한 가지 큰 문제가 있는 것으로 알려져 있습니다. 즉, 종종 과열되어 결과적으로 동결뿐만 아니라 콘솔 자체의 고장으로 이어졌습니다. Xbox One에는 이러한 문제가 없습니다.

Microsoft 콘솔 개발 총괄 책임자인 Leo del Castillo는 Gizmodo 기자와의 인터뷰에서 Xbox One이 자체 온도 수준을 지속적으로 모니터링하고 과열이 감지되면 이에 대응하여 자동으로 성능과 에너지 소비를 줄인다고 말했습니다. 그러나 Castillo는 게임과 애플리케이션이 이 모드에서 작동하는지 여부를 설명하지 않았습니다.

허용 가능한 실내 온도에서 팬은 최대 용량으로 작동하지 않으며 실제로 필요할 때만 회전합니다. 차례로, 그들에 의해 생성 된 증가 된 소음 수준은 오작동 사용자에 대한 지표 역할을합니다. 이에 반응하지 않고 Xbox One의 온도를 낮추기 위한 조치를 취하면 본체가 자체적으로 종료되어 내부 부품의 손상을 방지할 수 있습니다.

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