به گزارش خبرنگار علمی و فناوری خبرگزاری برنا، پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست (MIT) با کشفی جدید نشان دادند که الکترون‌ها در ساختار گرافن پنج‌لایه می‌توانند بارهای جزئی داشته باشند، پدیده‌ای که تاکنون پیش‌بینی نمی‌شد.
تحقیقات تئوری جدید این تیم نشان می‌دهد که تعاملات میان الکترون‌ها در فضاهای دو‌بعدی محدود می‌تواند حالت‌های کوانتومی جدیدی ایجاد کند که مستقل از میدان‌های مغناطیسی هستند.
کشف بارهای جزئی
مطالعات اخیر به سرپرستی «لانگ جو»، استاد دستیار MIT، نشان داد که در ساختار گرافن پنج‌لایه، الکترون‌ها می‌توانند بدون نیاز به میدان مغناطیسی به شکل بارهای جزئی حرکت کنند. این کشف که به «اثر هال کوانتومی آنومالی جزئی» شهرت یافته است، اولین نمونه مشاهده چنین پدیده‌ای در گرافن است.
پیش از این، اثر مشابهی تحت میدان مغناطیسی قوی به نام «اثر هال کوانتومی جزئی» شناخته شده بود. اما یافته‌های جدید نشان داد که این پدیده می‌تواند بدون میدان مغناطیسی و تنها در ساختارهای خاص گرافن مانند گرافن پنج‌لایه رخ دهد.
توضیح مکانیزم جدید
پژوهش تئوری به سرپرستی «سنتیل تودادری»، استاد فیزیک MIT، مکانیزم جدیدی را برای توضیح این پدیده ارائه می‌دهد. تیم او نشان داد که الکترون‌ها در این ساختار به شکل یک کریستال خاص آرایش می‌گیرند. این آرایش شرایطی را فراهم می‌کند که بارهای جزئی از الکترون‌ها پدیدار شوند.
تودادری بیان کرد: «این مکانیزم کاملاً جدید است و در تاریخ طولانی مطالعه این پدیده‌ها، هیچ‌گاه سیستمی به این شکل دیده نشده بود. این کشف امکان آزمایش‌های جدیدی را فراهم می‌کند که قبلاً تنها در حد رویا بودند.»
این پژوهش که در مجله Physical Review Letters منتشر شده است، شامل همکاری تیم‌های دیگری از دانشگاه‌های جانز هاپکینز، هاروارد، برکلی و آزمایشگاه ملی لارنس برکلی بوده است.
این کشف بر پایه مطالعات پیشین در سال ۲۰۱۸ است که نشان داد ساختارهای گرافن لایه‌ای می‌توانند رفتارهای الکترونیکی غیرمنتظره‌ای از خود نشان دهند. این پژوهش‌ها زمینه‌ساز شاخه جدیدی به نام «توئیسترونیکس» شد که رفتار الکترونیکی مواد دو‌بعدی پیچ‌خورده را بررسی می‌کند.
تودادری اضافه کرد: «ما پیش‌بینی کرده بودیم که چنین سیستم‌هایی می‌توانند شرایط ایده‌آلی برای ظهور پدیده‌های جزئی فراهم کنند. اما نتایج تجربی فراتر از انتظارات ما بودند و سوالات جدیدی درباره رفتار الکترون‌ها در این ساختارها مطرح کردند.»
مطالعات جدید نشان داد که الکترون‌ها در فضاهای دو‌بعدی محدود مانند گرافن پنج‌لایه، به دلیل تعاملات کوانتومی و محدودیت‌های فضایی، به شکلی متفاوت از مواد معمولی رفتار می‌کنند. این رفتار منجر به ایجاد حالت‌های کریستالی ویژه‌ای می‌شود که پایه ظهور بارهای جزئی هستند.
این کشف نه تنها درک ما از گرافن را گسترش می‌دهد، بلکه افق‌های جدیدی برای مطالعه سایر مواد دو‌بعدی و آزمایش پدیده‌های کوانتومی باز می‌کند.
انتهای پیام/