เอฟเฟกต์ควอนตัมสร้าง ‘ทางหลวงหลายเลน’ สำหรับอิเล็กตรอน

ฉนวนทอพอโลยีแบบหลายชั้นใหม่ช่วยให้นักวิจัยในสหรัฐอเมริกาสามารถบรรลุกระแสอิเล็กตรอนที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพสูงโดยไม่สูญเสียพลังงาน Cui-Zu Changและเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐเพนซิลวาเนียกล่าวว่าพวกเขาใช้ประโยชน์จากผลกระทบของ Hall ผิดปกติของควอนตัม (QAH) เพื่อสร้าง “ทางหลวงหลายเลน” สำหรับอิเล็กตรอนซึ่งปัจจุบันสามารถปรับได้อย่างละเอียด 

ด้วยการปรับปรุงเพิ่มเติม การออกแบบ

ของพวกเขาอาจนำไปสู่ความก้าวหน้าใหม่ในการคำนวณควอนตัมและวงจรอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็ก จากการทดลองครั้งแรกในปี 2013 ผลกระทบของ QAH เป็นคุณลักษณะสำคัญของลูกถ้วยทอพอโลยีบางประเภท ซึ่งเป็นวัสดุที่เป็นฉนวนไฟฟ้าในปริมาณมาก แต่เป็นตัวนำที่ดีเยี่ยมบนพื้นผิวหรือขอบ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผลกระทบนี้เกี่ยวข้องกับฉนวนทอพอโลยีแบบ 2 มิติที่เจือด้วยสารเจือปนแม่เหล็ก แม้ในกรณีที่ไม่มีสนามแม่เหล็ก อิเล็กตรอนในวัสดุเหล่านี้จะไหลไปในทิศทางเดียวตามขอบของตัวอย่าง 

โดยแทบไม่มีพลังงานกระจายไปในรูปของความร้อน ทรัพย์สินนี้เปรียบได้กับทางหลวงที่มีการแบ่งแยกซึ่งมีการสัญจรไปมาอย่างอิสระทั้งสองทิศทางบนฝั่งตรงข้ามของถนน เมื่อเร็ว ๆ นี้ นักฟิสิกส์ได้กระตือรือร้นที่จะใช้เอฟเฟกต์นี้เพื่อเพิ่มความเร็วและประสิทธิภาพของการถ่ายโอนข้อมูลในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากการไหลอิสระนี้สามารถเก็บรักษาข้อมูลควอนตัมที่เข้ารหัสในอิเล็กตรอน

ทีมงานของ Chang ได้สร้างกองฉนวน QAH ซึ่งมีชั้นสลับของฉนวนทอพอโลยีแบบแม่เหล็กและที่ไม่ผ่านการเจือปน เป้าหมายของพวกเขาคือการเพิ่ม “หมายเลข Chern” ของวัสดุ: ค่าที่กำหนดจำนวนช่องตามขอบของกลุ่มตัวอย่างที่ได้รับการปกป้องด้วยโทโพโลยีอย่างเต็มที่ ในขณะที่จำนวน Chern ของฉนวน QAH แบบเดิมเป็นหนึ่ง แต่นักวิจัยได้รับค่าห้าในการออกแบบใหม่ของพวกเขา แทนที่จะเป็นถนนธรรมดา โครงสร้างนี้เปรียบได้กับทางหลวงหลายช่องจราจร ซึ่งอิเล็กตรอนสามารถไหลไปตามช่องต่างๆ ห้าช่องในแต่ละทิศทาง

ปรับจูนจากการแสดงให้เห็นถึงผลกระทบนี้ 

Chang และเพื่อนร่วมงานยังได้แสดงให้เห็นว่าสามารถปรับแต่งหมายเลข Chern ของฉนวน QAH ได้โดยการเปลี่ยนความเข้มข้นของยาสลบของชั้นแม่เหล็กหรือเปลี่ยนความหนาของชั้นฉนวน แม้จะมีการปรับเปลี่ยนเหล่านี้ ทีมงานก็สามารถรักษาการกระจายพลังงานเป็นศูนย์ตามแต่ละช่องสัญญาณขอบได้ แม้ว่าจะมีปริมาณอิเล็กตรอนสูงก็ตาม

คริสตัล Bi2Te3ฉนวนโทโพโลยีแม่เหล็กเปลี่ยนเฟสภายใต้ความกดดันข้อบกพร่องของการออกแบบในปัจจุบันคืออุปกรณ์จะต้องถูกแช่เย็นจนใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ ไม่รวมการใช้งานจริง ขณะนี้ทีมกำลังพัฒนาวัสดุขั้นสูงที่สามารถทำงานได้ในอุณหภูมิที่สูงขึ้น พวกเขายังมองหาวิธีปรับแต่งหมายเลข Chern แบบเรียลไทม์ หากความพยายามเหล่านี้ประสบผลสำเร็จ ฉนวน QAH แบบหลายชั้นสามารถใช้ประโยชน์ได้ในพื้นที่ต่างๆ รวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กที่มีความจุสูง วัสดุนี้ยังสามารถนำมาใช้ในคอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคตซึ่งอิเล็กตรอนถูกใช้เพื่อถ่ายโอนข้อมูลควอนตัมไปตามช่องทางต่างๆ

“เราพบสัญญาณที่แรงในชุดข้อมูลของเรา แต่ยังบอกไม่ได้ว่านี่คือพื้นหลังของคลื่นความโน้มถ่วง” โจเซฟ ไซมอน จาก NANOGrav ซึ่งอยู่ในโบลเดอร์กล่าว

สกอตต์ แรนซัมที่หอดูดาวดาราศาสตร์วิทยุแห่งชาติของสหรัฐฯ กล่าวเสริมว่า “การพยายามตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงด้วยอาร์เรย์จับเวลาพัลซาร์ต้องใช้ความอดทน ขณะนี้ เรากำลังวิเคราะห์ข้อมูลมากกว่า 12 ปี แต่การตรวจจับขั้นสุดท้ายอาจต้องใช้เวลาอีกสองสามปี เป็นเรื่องดีที่ผลลัพธ์ใหม่เหล่านี้เป็นสิ่งที่เราคาดหวังจะได้เห็นเมื่อเราเข้าใกล้การตรวจจับมากขึ้น”

การบำบัดด้วยโซโนไดนามิก (SDT) เป็นการรักษามะเร็ง

ที่ไม่รุกรานซึ่งมีแนวโน้มว่าจะได้ผล ซึ่งใช้อัลตราซาวนด์เพื่อกระตุ้นโซโนเซนซิไทเซอร์ ซึ่งจะสร้างสปีชีส์ออกซิเจนปฏิกิริยา (ROS) ที่โจมตีและทำลายเซลล์เนื้องอก นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยซูโจวในประเทศจีนได้พัฒนาโซโนเซนซิไทเซอร์ชนิดใหม่ที่ช่วยเพิ่มปริมาณความเสียหายมากกว่า SDT ที่สามารถทำดาเมจกับเนื้องอกได้โดยไม่ทำอันตรายต่อเนื้อเยื่อปกติ การเขียนในApplied Physics Reviewsอธิบายว่าโซโนเซนซิไทเซอร์ตัวใหม่สามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์มะเร็งเต้านมของมนุษย์ในหนูทดลองได้อย่างไร

โซโนเซนซิไทเซอร์ตัวใหม่นี้ใช้แกนนาโนไทเทเนียมไดออกไซด์เจือวาเนเดียม (V-TiO 2 ) แม้ว่า TiO 2จะถูกนำมาใช้เป็นสารกระตุ้นความรู้สึกในอดีต แต่ก็ใช้งานไม่ได้ดีเพราะมีช่องว่างแถบกว้างในโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ ทำให้อิเล็กตรอนถูกดึงออกไปโดยอัลตราซาวนด์เพื่อรวมตัวกับอนุภาคนาโนอย่างรวดเร็ว ป้องกันไม่ให้เกิด ROS นักวิจัยระบุว่าหากพวกเขาเจืออนุภาคนาโน TiO 2กับวาเนเดียมเพื่อสร้างแกนหมุนขนาดนาโน การทำเช่นนี้จะลดช่องว่างของวงดนตรีซึ่งจะเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิต ROS ที่กระตุ้นด้วยอัลตราซาวนด์

ผู้เขียนนำ Xianwen Wang และคณะยังระบุด้วยว่าการเติมวาเนเดียมทำให้แกนนาโนทำหน้าที่เหมือนเอนไซม์ขนาดเล็กที่กระตุ้นการสร้างอนุมูลไฮดรอกซิลที่เป็นพิษสูงจากไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่บรรจุอยู่ภายในเนื้องอก นี่เป็นวิธีการเพิ่มเติมในการฆ่าเซลล์มะเร็งโดยใช้เคมีบำบัด นอกจากนี้ พวกเขารายงานว่าแกนนาโนทำให้เกิดการสูญเสียกลูตาไธโอน ซึ่งจะเพิ่มความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชันที่เกิดจากการบำบัดด้วยเคมี-โซโนไดนามิก

นักวิจัยได้สร้าง V-TiO 2 nanospindles คุณภาพสูง แล้วเคลือบด้วย polyethylene glycol เพื่อสร้าง V-TiO 2 -PEG nanospindles ที่มีความสามารถในการละลายน้ำได้ดี หลังจากการทดสอบครั้งแรก พวกเขาประเมินความเป็นพิษต่อเซลล์ของแกนนาโนโดยใช้เซลล์หลอดเลือดดำบุผนังหลอดเลือดจากสะดือของมนุษย์ที่ไม่เป็นมะเร็งและเซลล์มะเร็งเต้านม พวกเขายืนยันว่าแกนนาโน V-TiO 2 -PEG ไม่มีพิษต่อเซลล์อย่างชัดเจนต่อเซลล์ที่ไม่ใช่มะเร็ง แต่ความมีชีวิตของเซลล์มะเร็งลดลงเมื่อความเข้มข้นของแกนนาโนเพิ่มขึ้น

ทีมงานได้ตรวจสอบประสิทธิภาพการรักษาของแกนนาโนในเซลล์มะเร็งและในร่างกายในหนูที่มีเนื้องอก หนูถูกแบ่งออกเป็นห้ากลุ่ม ซึ่งได้รับ: ไม่มีการรักษา (กลุ่มควบคุม); การฉายรังสีอัลตราซาวนด์ การฉีด V-TiO 2 -PEG nanospindles; การฉีดอนุภาคนาโน TiO 2 เชิงพาณิชย์ พร้อมอัลตราซาวนด์ และการฉีดแกนนาโน V-TiO 2 -PEG พร้อมอัลตราซาวนด์

Credit : steelersluckyshop.com thebeckybug.com thedebutantesnyc.com theproletariangardener.com touchingmyfatherssoul.com