När spelare försöker lösa ordspel försöker de sätta ihop ledtrådar för att hitta lösningen. Visst, det hjälper att ha ett starkt ordförråd, men att hitta rätt svar på dessa pussel handlar lika mycket om logik och strategi som om att vara en ordsmed.

Med hjälp av en förvånansvärt jämförbar process satte ett tvärvetenskapligt team av Northwestern Engineering-forskare ihop en metod för att fastställa hur olika 2D-material reagerar på störningar – testa några material som möjligen kan ersätta kisel i nya transistorer och sensorer.

"Analysemetoden kommer att leda till en bättre förståelse av störningspotentialer i 2D-material för att hjälpa till att göra snabbare transistorer, såväl som bättre gassensorer som lättare kan särskilja olika gaser", säger Matthew Grayson, professor i el- och datorteknik vid McCormick School of Engineering, och en av studiens författare.

upprördes i artikeln "Field-effect Conductivity Scaling for Two-dimensional Materials with Tunable Impurity Density" publicerad 16 juni i tidskriften 2D Materials , utvecklade utredarna en metod för att fastställa fingeravtrycket för den närliggande störningen sett av ett 2D-material.

Vinayak Dravid, Abraham Harris professor i materialvetenskap och teknik, och Mark Hersam, Walter P. Murphy professor i materialvetenskap och teknik, bidrog också till insatsen. Chulin Wang, en Ph.D. kandidat i Graysons forskargrupp, var tidningens första författare.

Inom vetenskapen hänvisar oordning till ofullkomligheter eller närliggande laddningar som kan sprida den annars raka vägen för en elektron. 2D-material som grafen är särskilt känsliga för närliggande störningar eftersom de bokstavligen är flera atomer tjocka, som mest

"Karakterisering av störningar är avgörande för att förstå och förbättra prestandan hos 2D-material," sa Grayson. "Det här dokumentet visar att det finns en universell kurva som fungerar som ett fingeravtryck av den störningen. Även om olika doser av störningar verkar resultera i helt olika beteenden, representerar dessa beteenden alla individuella trådar i en övergripande gobeläng."

Det är här likheten kommer in mellan vetenskap och spel du spelar på din telefon eller tryckta tidning.

Med hjälp av 2D-materialprover utvecklade av Hersam- och Dravid-grupperna implementerade Grayson och hans team en ny metod för att mäta elektriska konduktivitetskurvor med en kryostat, en enhet som bevarar prover vid låga temperaturer för mikroskopisk undersökning. Vid rumstemperatur är laddningarna som utgör störning fria att flytta runt tills de når jämvikt, men när de fryses i kryostaten fryses störningen på plats.

Varje individuell konduktivitetskurva liknar en pusselbit. Forskarna använde sedan en empirisk regel för att sätta ihop alla kurvorna tills de bildade en komplett bild.

Låter det bekant?

De använde sedan fysiska argument för att förstå varför denna regel fungerar så bra som den gör. Som ett resultat löste de gåtan om hur vart och ett av materialen som studeras reagerar på en specifik klass av brister.

"Den imponerande kontinuiteten i den här bilden när alla pusselbitar var på plats inspirerade oss att gräva djupare i fysiken för att förstå vad den underliggande orsaken måste vara för detta beteende," sa Grayson. "Samma mentalitet som allmänheten använder för att lösa sitt dagliga Wordle eller korsord används här."

Dessa fynd har också konsekvenser för 2D-materialforskning framöver.

"Istället för att se individuella enheter gjorda av samma 2D-material som ett gäng pusselbitar som var och en måste studeras oberoende av varandra, kan du nu lokalisera var ett givet prov passar in i det tidigare lösta pusslet," sa Grayson, "så att varje individ bit känns omedelbart igen som en del av en större bild. + Utforska vidare

Metoden analyserar olikformiga ledare med ett magnetfält