شگفتی دنیای فیزیک با کشف ماده جدیدی به نام اکسیتونیوم (Excitonium)

MacTavish · 25/8/19

اکسیتونیوم (Excitonium) نام ماده شگفت‌انگیز و جدیدی است که شواهد وجود آن پس از نیم‌قرن کار تئوری، به تازگی توسط دانشمندان کشف شده است.

فیزیکدانان دانشگاه ایلینوی (University of Illinois) آمریکا به تازگی از کشف این شکل از ماده که شامل ذرات کوچک‌تری به نام اکسیتون (Exciton) است، خبر دادند؛ البته چیزی در حدود 50 سال پیش تئوری‌های مربوط به وجود ماده اکسیتونیوم ارائه شده بود، اما تا پیش از دستاورد محققان این دانشگاه، تجهیزات و وسایل لازم برای اثبات نظریه‌ها وجود نداشت.

جزئیات کشف ماده جدید اکسیتونیوم

پیش از هر چیز لازم به ذکر است که قوانین فیزیک در سطح کوانتوم، با آنچه که با نام فیزیک کلاسیک شناخته می‌شود، متفاوت هستند؛ با این حال شکلی از ماده به نام «چگالش بوز-اینشتین» وجود دارد که به نوعی واسطه‌ی میان این دو زیرشاخه فیزیک بوده و از کنار هم قرار گرفتن و پیوستگی شبه‌ذرات (Quasiparticle) تشکیل می‌شوند.

این پیوستگی ذرات بوزون نام گرفته است و اکسیتون‌ها هم بوزون موجود در مواد نیمه‌رسانا هستند که با جابه‌جایی الکترون در لایه والانس این مواد به وجود می‌آیند. همانند سایر بوزون‌ها، دانشمندان معتقد بودند که اکسیتون‌ها هم می‌توانند در سیستمی با کمترین میزان انرژی که با نام حالت پایه (Ground state) شناخته می‌شود، وجود داشته باشند؛ اما همانطور که اشاره شد، این نظریه تا قبل از این، در حد حدس و گمان بود. به همین ترتیب اسم حالت پایه این بوزون اکسیتونیوم انتخاب شد.

پیتر آبامونت (Peter Abbamonte)، نویسنده اصلی مقاله چاپ‌شده در این رابـ*ـطه می‌گوید که از زمان معرفی مفهوم اکسیتونیوم در دهه 60 میلادی توسط فیزیکدانی به نام برت هالپرین (Bert Halperin)، دانشمندان بسیاری در تلاش برای اثبات وجود این ماده شگفت‌انگیز بودند و بحث‌های زیادی هم در مورد ماهیت اکسیتونیوم مطرح شد؛ اما تلاش‌های فراوان دانشمندان هر مرتبه با شکست مواجه می‌شد.

تیم پژوهشی کشف ماده اکسیتونیوم

تیم آبامونت به کمک تکنیک جدید M-EELS،‌ موفق به کشف این فرم از ماده شدند؛ در روش ذکرشده با استفاده از تجهیزات مخصوص، برانگیختگی جمعی اکسیتون‌ها بدون در نظر گرفتن مومنتومشان اندازه‌گیری می‌شد. به این ترتیب، پژوهشگران نوعی از کریستال حالت گذار به نام 1T-TiSe2 را در دمای 83- درجه سلسیوس بررسی کردند و با وارد شدن کریستال به حالتی جدید، وجود ماده اکسیتونیوم را اثبات کردند.

رابـ*ـطه بین مومنتوم و انرژی اکسیتونیوم

در حالی که هنوز تعیین کاربردهای تکنولوژیکی برای این ماده کار مشکلی است، بسیاری از متخصصان معتقدند که دستاورد بزرگ تیم آبامونت پتانسیل این را دارد که دانسته‌های محدود دانشمندان در مورد فیزیک کوانتوم را به میزان زیادی گسترش دهد.

مقاله این پژوهش در ژورنال “Science” به چاپ رسیده است.