دانشمندان موفق به کشف حالت جدیدی از مواد الکترونیکی شدند

MacTavish · 29/2/20

دانشمندان حالت جدیدی از مواد الکترونیکی را در مقیاس کوانتوم مشاهده کرده‌اند که هنگام جمع شدن الکترون‌ها در حین حرکت شکل می‌گیرد و می‌تواند درک ما از فیزیک کوانتوم و کاربردهای آن را بالاتر ببرد.

به تازگی حالت جدیدی از مواد الکترونیکی کشف شده است که حرکت کلید این حالت کوانتومی جدید است. هنگامی که جریان الکتریکی بر روی نیمه هادی‌ها یا فلزات اعمال می‌شود، الکترون‌های داخل ماده معمولا به آرامی و تا حدودی به صورت تصادفی در یک جهت حرکت می‌کنند. اما در نوع خاصی از یک وسیله که با عنوان رسانای بالستیک شناخته می‌شود، حرکت سریع‌تر و یکنواخت‌تر است.

مطالعه جدید نشان می‌دهد که چگونه الکترون‌ها در سیم‌های بسیار نازک رسانای بالستیک می‌توانند گرد هم جمع شوند و حالت کاملا جدیدی از ماده را تشکیل دهند که فقط از الکترون‌های پرسرعت ساخته شده است.

جرمی لوی، فیزیکدان دانشگاه پیتسبورگ، می‌گوید: «الکترون‌ها به طور معمول در نیمه هادی‌ها یا فلزات حرکت کرده و پخش می‌شوند و در نهایت چنانچه اعمال ولتاژ وجود داشته باشد، در یک جهت رانش می‌کنند. اما در رساناهای بالستیک، الکترون‌ها بیشتر شبیه به خودروهایی هستند که در بزرگراه‌ها حرکت می‌کنند.»

«کشف ما نشان می‌دهد که وقتی بتوانیم کاری کنیم که الکترون‌ها یکدیگر را جذب کنند، آن‌ها می‌توانند دسته‌هایی از دو، سه، چهار و پنج الکترون را تشکیل دهند که عینا مانند انواع جدیدی از ذرات رفتار می‌کنند، یعنی اَشکال جدیدی از ماده الکترونیکی.»

از رسانای بالستیک می‌توان برای بسط دادن مرزهای آنچه در الکترونیک و فیزیک کلاسیک امکان‌پذیر است، استفاده کرد. رسانای بالستیک مورد استفاده در این آزمایش بخصوص از آلومینات لانتانیم و استرانسیم تیتانات ساخته شده است.

نکته جالب توجه آن است که محققان با اندازه‌گیری سطح رسانایی دریافتند که یکی از شناخته‌شده‌ترین الگوها را در ریاضیات دنبال کرده‌اند، یعنی مثلث پاسکال. با افزایش سطح رسانایی، الگو به صورتی تشدید می‌شود که با یکی از ردیف‌های مثلث پاسکال تطابق دارد، یعنی با ترتیب یک، سه، شش، ده و الی آخر.

لوی می‌گوید: «درک کردن این کشف مقداری زمان برد، اما به این دلیل بود که در ابتدا متوجه نشدیم به ذرات ساخته‌شده از یک الکترون، دو الکترون، سه الکترون و الی آخر نگاه می‌کردیم.» به گفته محققان، این جمع شدن الکترون‌ها شبیه به روشی است که کوارک‌‌ها به یکدیگر متصل می‌شوند تا نوترون‌ها و پروتون‌ها را تشکیل دهند. الکترون‌ها در ابررسانا‌ها نیز می‌توانند مانند این به هم متصل شده و جفت شوند تا حرکت را هماهنگ کنند.

این یافته‌ها ممکن است اطلاعات جدیدی را در مورد درهم‌تنیدگی کوانتومی در اختیار ما قرار دهد که به نوبه خود برای پیشرفت با رایانش کوانتومی و اینترنت کوانتومی بسیار امن و فوق‌العاده سریع مهم است. طبق گفته لوی، این نمونه دیگری از چگونگی استفاده از مهندسی معکوس در جهان بر اساس کشفیات اصول فیزیک کوانتوم است که بر مبنای کارهای مهم انجام‌شده در چند دهه گذشته می‌باشد.

لوی می‌گوید: «اکنون در قرن 21، ما به دنبال پیش‌بینی‌های عجیب و غریب از فیزیک کوانتوم و استفاده از آن‌ها هستیم. زمانی که در مورد کاربردها صحبت می‌کنیم، در مورد رایانش کوانتومی، تله پورت کوانتومی، ارتباطات کوانتومی و سنجش کوانتومی حرف می‌زنیم – ایده‌هایی که از خواص ماهیت کوانتومی ماده استفاده می‌کنند که قبلا نادیده گرفته شده بودند.