Introducción a los principios de la teoría Tang Shuang-Tresserhouse
En física, "cono de Dirac" se refiere a un sistema en el que los electrones pueden propagarse en un plano bidimensional como la luz, lo cual es de gran importancia para la ciencia básica y la tecnología industrial. En 2010 se descubrió que el grafeno tiene conos de Dirac y su inventor ganó el Premio Nobel de Física. Tang Shuang descubrió esta vez otro material de aleación, que no solo tiene la mayoría de las propiedades especiales del grafeno, sino que también tiene algunas funciones y propiedades especiales más complejas e interesantes.
Este material es una película de aleación de bismuto-antimonio. Este material puede proporcionar muchas propiedades especiales controlables bajo diferentes condiciones de temperatura, presión, espesor de película y orientación de crecimiento. Tang Shuang y Trasehaus descubrieron una forma de crear diferentes tipos de dilaccononas en películas de aleación de bismuto-antimonio.
Este nuevo material, al igual que el grafeno, tiene una peculiar estructura electrónica de "cono de Dirac". Esta estructura electrónica inusual permite que los electrones se muevan de manera diferente que en otros materiales ordinarios. Tang Shuang dijo: "En este material, los electrones pueden viajar como la luz". Y no importa qué tipo de "pared" haya, los electrones pueden atravesarlo con un 100% de rapidez.
Tang Shuang, licenciado en Ciencias en el Departamento de Física de la Universidad de Fudan, dijo: "Estas aplicaciones aún necesitan que las desarrollemos más y aún quedan muchos experimentos y pruebas por realizar". Profesor Tretherhouse, antes de llegar a este resultado, nadie había pensado que el material de bismuto podría producir una estructura electrónica de "cono de Dirac". Inicialmente, comenzaron estudiando las propiedades teóricas de la aleación Bi-Sb, pero obtuvieron resultados inesperados. Este nuevo material no sólo tiene varias propiedades del grafeno, sino que cambiar las condiciones de crecimiento también puede hacer que este nuevo material produzca otras propiedades novedosas. Esto abre una nueva dirección para la industria de dispositivos electrónicos: fabricar varios dispositivos electrónicos en el mismo sistema de materiales, lo que ahorra enormemente costos industriales. Los colaboradores ucranianos ya han comenzado a sintetizar el material.
Facilitando la investigación y el desarrollo de "computadoras cuánticas"
Es muy probable que este material de película delgada de aleación de Bi-Sb se convierta en un material revolucionario para la próxima generación de chips de computadora y generadores termoeléctricos. . Porque una vez que este material se convierta en chips de computadora, su velocidad será muchas veces más rápida que la de las obleas de silicio existentes. ¡Los electrones viajarán cientos de veces más rápido en este nuevo material que en el silicio! Además, la movilidad de los electrones de Dirac es cien veces mayor que la de los electrones clásicos del silicio. Al mismo tiempo, los conos de Dirac con diferente anisotropía indican que podemos fabricar varios dispositivos electrónicos en el mismo sistema material, evitando así el costoso proceso de corte de la industria electrónica del silicio. Esto podría suponer un ahorro de costes considerable para la industria de fabricación de productos electrónicos, lo cual es apasionante. De este modo se abren nuevas posibilidades para la realización de "ordenadores cuánticos". Una vez inventadas, las computadoras cuánticas aumentarán las operaciones informáticas miles de veces, haciendo obsoletas las computadoras binarias existentes.
Si este material se utiliza para calefacción y generación de energía, la diferencia de temperatura entre el dispositivo se puede aprovechar para generar corriente eléctrica. Debido a que el material proporcionado por los profesores Tang Shuang y Theresehouse tiene una velocidad de propagación de electrones extremadamente rápida y una conductividad térmica extremadamente baja, puede producir una gran eficiencia en la generación de energía, creando así materiales termoeléctricos eficientes. Este sistema es particularmente adecuado para sistemas de temperatura ultrabaja, como estaciones espaciales y satélites. Convierte la diferencia de temperatura entre el lado soleado y el lado orientado al sol en energía eléctrica para proporcionar energía a las estaciones espaciales y satélites. A su vez, este material también se puede convertir en "refrigeradores de alta eficiencia y baja temperatura" con alta eficiencia, bajo precio, sin ruido y sin contaminación de residuos.
La importancia del sistema propuesto por la teoría de Tang para la investigación científica básica es que puede proporcionar una plataforma para la investigación a baja velocidad sobre nuevos fenómenos de la relatividad. En particular, los diversos conos de Dirac anisotrópicos señalados por la teoría de Down hacen que los electrones de Dirac tengan diferentes velocidades de grupo de dispersión relativista en diferentes direcciones. En términos sencillos, "Einstein puede ir a la izquierda mucho más rápido de lo que puede avanzar".