شکل الکترون برای نخستین بار آشکار شد!

برای نخستین بار، پژوهشگران موفق به اندازه‌گیری شکل الکترون هنگام حرکت آن در یک ماده جامد شدند. این دستاورد می‌تواند راه جدیدی برای درک رفتار الکترون‌ها در مواد مختلف باز کند.

به گزارش سایت زمین، این کشف که توسط تیمی به رهبری "ریکاردو کومین"، استادیار توسعه حرفه‌ای فیزیک در مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) و با همکاری سایر مؤسسات انجام شده است، به بسیاری از اثراتی اشاره دارد که می‌تواند از علوم اطلاعات کوانتومی تا تولیدات الکترونیکی را تحت تأثیر قرار دهد.

کومین می‌گوید: «ما اساساً نقشه‌ای برای دستیابی به اطلاعات کاملاً جدیدی طراحی کرده‌ایم که پیش از این قابل دسترسی نبود.» همکار او، "مینگ‌و کانگ"، بیشتر این پژوهش را در MIT انجام داد و سپس در دانشگاه کرنل به کار خود ادامه داد.

زوایای جدید از شکل الکترون

فیزیکدان‌ها دهه‌هاست که الکترون‌ها را بررسی می‌کنند، اما جنبه موج‌مانند این ذرات پیچیدگی بیشتری به آنها می‌افزاید. الکترون‌ها نه تنها به عنوان نقاط کوچک، بلکه به عنوان "توابع موجی" نیز توصیف می‌شوند.

این توابع موجی شبیه به اشکال یا سطوح در فضا‌های چندبُعدی هستند. گاهی این اشکال نسبتاً ساده‌اند و گاهی پیچیده و دشوار برای اندازه‌گیری.

تیم تحقیقاتی با استفاده از تکنیکی به نام طیف‌سنجی فوتوالکترون زاویه‌ای (ARPES)، جزئیاتی از رفتار الکترون‌ها هنگام برخورد نور با آنها را ثبت کردند.

این روش به آنها امکان داد تا ویژگی گریزپذیری از الکترون‌ها را شناسایی کنند که کلید درک بهتر هندسه آنهاست.

اهمیت هندسه الکترون

معمولاً در مورد انرژی یا سرعت الکترون صحبت می‌کنیم، اما هندسه به الگو‌ها یا شکل‌هایی اشاره دارد که امواج الکترون‌ها در یک ماده جامد می‌توانند به خود بگیرند.

هندسه کوانتومی بر تعاملات این ذرات، جفت شدن آنها و حتی رفتار‌های غیرمعمول آنها تأثیر می‌گذارد. برای مثال، یکی از این رفتار‌ها ابررسانایی است، جایی که الکترون‌ها بدون مقاومت در ماده حرکت می‌کنند.

رفتار دیگر، زمانی است که الکترون‌ها الگو‌های منظمی شبیه به رقص هماهنگ ایجاد می‌کنند. مشاهده هندسه می‌تواند به دانشمندان در طراحی مواد جدید با ویژگی‌های الکترونیکی نوین کمک کند.

اتصال به فلزات کاگومه

این تیم این اثر هندسی را در دسته‌ای از مواد به نام فلزات کاگومه اندازه‌گیری کردند. فلزات کاگومه به دلیل الگوی شبکه‌ای شبیه مثلث‌های درهم تنیده نامگذاری شده‌اند. این ساختار می‌تواند نحوه حرکت الکترون‌ها و انتقال انرژی آنها را تحت تأثیر قرار دهد.

فلزات کاگومه مدت‌هاست که برای فیزیکدانان جالب توجه بوده‌اند، زیرا رفتار‌های خاصی را به نمایش می‌گذارند که در بسیاری از مواد دیگر رایج نیستند.

مشاهده هندسه در این مواد می‌تواند توضیح دهد که چرا الکترون‌ها در این فلزات گاهی رفتار‌های عجیب‌وغریبی مانند ابررسانایی پیشرفته از خود نشان می‌دهند.

اندازه‌گیری دقیق هندسه کوانتومی می‌تواند منجر به پیشرفت‌هایی در حوزه‌هایی شود که به کنترل الکترون‌ها وابسته هستند. به عنوان مثال، محاسبات کوانتومی به حفظ حالات الکترونیکی پایدار در هنگام انجام محاسبات متکی است.

دانشمندان به موادی نیاز دارند که بتوانند این حالات را بدون اختلالات ناخواسته حفظ کنند. اگر دانشمندان بتوانند هندسه الکترون‌ها را درک و حتی طراحی کنند، ممکن است ابررسانا‌ها را بهبود بخشند یا دستگاه‌های الکترونیکی بسازند که انرژی کمتری از طریق گرما از دست می‌دهند.

دانشمندان برنامه دارند تکنیک‌هایی مانند ARPES را بهبود بخشیده و آنها را برای بررسی طیف گسترده‌ای از مواد سازگار کنند. آنها امیدوارند که ببینند هندسه کوانتومی چگونه بر رسانایی، مغناطیس و سایر شرایط تأثیر می‌گذارد.

این یافته‌ها به احتمال زیاد الهام‌بخش آزمایش‌های بلندپروازانه‌تری خواهند بود که جنبه‌های بیشتری از هندسه کوانتومی را که تاکنون قابل اندازه‌گیری نبود، کشف کنند.

این مطالعه در مجله Nature Physics منتشر شده است.

انتهای پیام/