ایجاد کوانتومی عجیب در فضای اتاق



استاد دانشگاه پرینستون حالت کوانتومی عجیب و غریبی را در یک ماده غیر عادی در اتاق به نمایش بگذارد.

به گزارش ایسنا و به نقل از نیواطلس،‌ بسیاری از کوانتومی را تنها می‌توان در دماهای بسیار سرد ایجاد کرد و این موضوع میزان مفید بودن آنها را در شرایط محیطی دنیای واقعی محدود می‌کند. اکنون دانشگاه پرینستون وضعیت کوانتومی عجیب را در یک ماده در اتاق نشان داده اند.

عایق توپولوژیک ماده‌ای است که ساختار آن، الکترون‌ها را به روشی منحصر به فرد هدایت می‌کند. عمده‌ای از این ماده عایق است که به طور کامل از جریان یافتن الکترون‌ها جلوگیری می‌کند. با این وجود، لایه‌های نازکی در سطح و امتداد لبه‌های آن وجود دارند که بسیار رسانا هستند و به الکترون‌ها اجازه می‌دهند آزادانه با راندمان بالا جریان داشته باشند. با توجه به این ویژگی‌های عجیب، عایق‌های توپولوژیک می‌توانند برخی از حالت‌های کوانتومی جذابی را داشته باشند که برای ساخت فناوری‌های کوانتومی در آینده مفید هستند.

اما یک مشکل وجود دارد. اکثر حالت‌های کوانتومی بسیار آسیب پذیر هستند و هنگام بروز اختلال دچار فروپاشی می‌شوند. گرما یا عدم درمان یک محرک اصلی در این مورد است. زمانی که مواد گرم‌تر می‌شوند، اتم‌های موجود در آن‌ها با انرژی‌های بالاتر مرتعش می‌شوند و حالت کوانتومی را مختل می‌کنند. به این ترتیب، بیشتر آزمایش‌ها و فناوری‌هایی که از کوانتومی استفاده می‌کنند، می‌توانند در نزدیکی به صفر مطلق انجام شوند، جایی که حرکت‌ها به سرعت می‌شوند. اما این به نوبه خود باعث می‌شود که از این فناوری‌ها غیر ممکن استفاده شود.

در مطالعه‌های جدید، محققان پرینستون راهی برای حل این مشکل پیدا کردند و مطمئن شدند که در یک اتاق عایق توپولوژیک در اتاق بودند. ماده انتخابی آنها یک ترکیب کریستالی معدنی به نام بیسموت برمید بود.

مشخص شده است که این ماده دارای “شکاف انرژی”(Band gap) مناسب است. یا به زبان دیگر یک «مانع» عایق است که در آن الکترون‌ها نمی‌تواند با ویژگی خاصی وجود داشته باشد. این شکاف انرژی باید به اندازه کافی خاص باشد تا در برابر حرارتی محافظتی ایجاد کند، اما آنقدر قوی باشد که اثری از چرخشی الکترون‌ها را مختل کند. اثری که برای پایداری داشتن آنها حیاتی است. که بیسموت برومید دارای انرژی بیش از 000 میلی‌لیتر الکترون ولت است، درست در نقطه‌هایی که می‌توان وضعیت کوانتومی را در اتاق مشخص کرد، ثابت نگه داشت.

این گروه با مشاهده آنچه که حالت لبه‌ای اسپین هال کوانتومی(spin hall) نامیده می‌شود و ویژگی‌های آن به فرد این سیستم‌های توپولوژیک است، یافته‌های خود را تایید می‌کند.

دانشمندان می‌گویند که این پیشرفت برای پیشبرد فناوری‌های کوانتومی مانند اسپین‌ترونیک مفید خواهد بود. اسپین‌ترونیک علم استفاده از اسپین الکترونها در الکترونیک است.

نانا شومیا (نانا شومیا)، نویسنده اول این مطالعه می‌گوید: من معتقدم که کشف ما، مرزهای کوانتوم را به میزان قابل توجهی جابه‌جا خواهد کرد.

این تحقیق در مجله “Nature Materials” منتشر شده است.

انتهای پیام



منبع