گروهی از دانشمندان دانشگاه پرینستون دریافتهاند که یکی از چشمگیرترین پدیدههای فیزیک ماده چگال، موسوم به اثر کوانتومی هال میتواند به صورتی در طبیعت رخ دهد که قبلاً مشاهده نشده است.
دانشمندان این رفتار عجیب الکترونها را در بلور بسیموت- آنتیموان بدون هیچ میدان مغناطیسی خارجی مشاهده کردهاند. این کار که اهمیتی بنیادی دارد، ممکن است به توسعهی نوع جدیدی از ابزارهای محاسباتی کوانتومی سریع «اسپنیترونیک» بینجامد که در فناوریهای الکترونیکی آینده مورد استفاده قرار میگیرند.
زاهد حسن استادیار فیزیک و رهبر این گروه با استفاده از روش مبتنی بر شتابدهندهی موسوم به «طیف نمایی فوتو-الکترون» و هدایت فرتونهای پرتو X به سطح بلور متوجه این اثر شده است. اثر کوانتومی هال قبلاً فقط در لایههای بسیار نازک به ضخامت اتم در مواد غیررسانا و در میدانهای مغناطیسی خارجی بسیار قوی مشاهده شده بود. دانشمندانی که در پی به دست آوردن شناخت عمیق از چگونگی حرکت الکترونها بودند، مواد را در این شرایط حدی قرار میدادند.
رفتار الکترونهای باردار در میدان مغناطیسی شبیه حرکت ابری از پشهها در باد مخالف است. در مادهای رسانا مانند مس، باد مخالف مغناطیسی الکترونها را به طرف لبهها میراند و ولتاژ الکتریکی درجهت این باد- و عمود بر جهت جریان بار- افزایش مییابد. این اثر غیرمنتظره را ادوین هال در سال 1879 کشف کرد. اثر هال ابزار استاندارد برای ارزیبای مقدار بار موجود در مواد الکتریکی در آزمایشگاههای سراسر جهان است.
در سال 1985 کلاوس فو کلیتسینگ فیزیکدان آلمانی اثر هال را با ابزارهای جدید بررسی کرد. او الکترونها را در لایهی نازکی به ضخامت اتم محدود و آن را در میدانهای مغناطیسی قوی تا نزدیکی صفر مطلق سرد کرد. وی متوجه شد با الکترونهایی که بدین ترتیب وادار به حرکت در صفحه شده بودند، ولتاژ به جای این که طبق روال اثر هال اندکاندک افزایش یابد، به صورت گسسته تغییر میکند. فون کلیتسینگ متوجه شد وقتی الکترونها دور هم جمع شوند، رفتاری غیرعادی از خود نشان میدهند. این کار جایزهی نوبل فیزیک سال 1985 را برایش به ارمغان آورد.
رابرت لافلین (اکنون در دانشگاه استانفورد)، پس از یک سال تفکر مدلی را ابداع کرد که به شبیه توفان در دریا بود و در آن نیروی باد مغناطیسی و الکترونهای این «شاره کوانتومی» بدون تغییر ماهیت، پدیدههای جدید متشکل از امواج و گردبادها را بهوجود آوردند. لافلین به سادگی نشان داد که در میدان مغناطیسی قوی، الکترونها با چگالیده شدن شارهای کوانتومی را بهوجود میآورند که شبیه شارههای کوانتومی در اَبَررسانایی و هلیم مایع است.
گروه حسن در جستوجوی این رفتار شگفتانگیز الکترون تصمیم گرفت برای اندازهگیری اثر کوانتومی هال فراتر از روشهای متداول بروند. آنها بلور بیسموت- انتیموان سه بُعدی را در معرض فوتونهای فوقالعاده سریع پرتو X قرار دادند و تصویرهای مستقیمی از طرح حرکتهای موزون الکترونها در لبههای نمونه گرفتند. سپس با تحلیل این طرحها در سطح ماده، رفتار کوانتومی هال را در تودهی ماده مشخص کردند. کین این کار را بسیار مهم توصیف میکند و عقیده دارد که راهگشای گسترهی وسیعی از مطالعات در آینده خواهد بود. تصاویر بهدست آمده اولین دلیل مستقیم برای رفتار کوانتومی هال گونه بدون میدان مغناطیسی خارجی است.
به گفتهی حسن «پدیدهی هیجانانگیز در این روش جدید نگریستن به رفتار کوانتومی هال گونه آن است که میتوان تصویر الکترونها را در لبههای نمونه به دست آورد. این کار قبلاً انجام نشده بود. این نگاه مستقیم گستردهی وسیعی از امکانات انجام پژوهش در رفتار کوانتومی هال ماده را دراختیار میگذارد.
مرجع
http://www.physorg.com/news128261028.html
امتیاز: 0.00
وزارت آموزش و پرورش > سازمان پژوهش و برنامهريزی آموزشی
شبکه ملی مدارس ایران رشد
ارسال ها: 2228
شما باید یک عنوان و متن وارد کنید!