دانشمندان صدای کوانتومی را نزدیک صفر مطلق تولید کردند
محققان دانشگاه مکگیل کانادا موفق به ساخت دستگاهی جدید شدهاند که میتواند در دماهایی نزدیک به صفر مطلق فونون تولید کند؛ ذراتی کوانتومی که با ارتعاشات صوتی و انتقال صدا در مواد مرتبط هستند. این دستاورد میتواند مسیر توسعه لیزرهای صوتی یا فونونی را هموار کند؛ فناوریای که کاربردهای گستردهای در سامانههای ارتباطی، حسگرهای پیشرفته و فناوریهای پزشکی خواهد داشت.
به گزارش ساینس دیلی، به گفته پژوهشگران این فناوری تازه امکان تولید و کنترل دقیق ارتعاشات صوتمانند را در شرایط کوانتومی فراهم میکند؛ شرایطی که رفتار ماده از قوانین معمول فیزیک کلاسیک فاصله گرفته و ویژگیهای موجی و کوانتومی از خود نشان میدهد.
مایکل هیلکه، استاد فیزیک دانشگاه مکگیل و از نویسندگان این مطالعه درباره اهمیت این پروژه گفت: بخش بزرگی از فناوریهای ارتباطی مدرن بر پایه نور، امواج الکترومغناطیسی و جریانهای الکتریکی عمل میکنند، اما در محیطهایی مانند اقیانوسها، صدا میتواند منتقل شود در حالی که نور و جریان الکتریکی کارایی ندارند. همچنین در بدن انسان نیز امواج صوتی ابزار بسیار مفیدی به شمار میروند.
این دستگاه در همکاری میان دانشگاه مکگیل و شورای ملی پژوهش کانادا توسعه یافته و ماده مورد استفاده در آن نیز در دانشگاه پرینستون تولید شده است.
پژوهشگران برای عملکرد این سامانه جریان الکتریکی را از میان یک لایه بلوری دوبعدی عبور دادند؛ لایهای که در آن الکترونها داخل کانالی با ضخامت تنها چند اتم محدود شدهاند. زمانی که الکترونها با نیروی کافی در این کانال حرکت میکنند بخشی از انرژی خود را به صورت فونون آزاد میکنند و در نتیجه پالسهای کنترلشدهای از ارتعاشات مرتبط با صوت ایجاد میشود. این ارتعاشات را میتوان به شکلی دقیق و قابل پیشبینی تنظیم کرد.
دانشمندان اعلام کردند این پدیده تنها در دماهای بسیار پایین ظاهر میشود. دستگاه مورد آزمایش تا محدودهای بین حدود ۱۰ میلیکلوین تا ۳.۹ کلوین سرد شده است؛ دماهایی بسیار نزدیک به صفر مطلق. در چنین شرایطی حرکت الکترونها منظمتر میشود و امکان مطالعه پدیدههای کوانتومی فراهم میشود؛ جایی که ذرات میتوانند رفتاری مشابه امواج داشته باشند.
هیلکه توضیح داد: در دماهای نزدیک به صفر مطلق، هیچ صدایی تولید نمیشود مگر اینکه الکترونها به صورت جمعی با سرعت صوت یا بیشتر حرکت کنند. مطالعات پیشین تنها اثراتی را هنگام نزدیک شدن الکترونها به دیوار صوتی مشاهده کرده بودند، اما ما سیستم را بسیار فراتر از آن بردیم و نشان دادیم نظریههای فعلی باید بازنگری شوند زیرا حتی اگر بلور میزبان نزدیک صفر مطلق باشد، خود الکترونها میتوانند بسیار داغ باشند.
پژوهشگران اکنون قصد دارند بررسی کنند که آیا استفاده از مواد دیگری مانند گرافن میتواند سرعت عملکرد این دستگاه را باز هم افزایش دهد یا خیر.
به گفته تیم تحقیقاتی توسعه چنین فناوریهایی میتواند به ساخت سامانههای ارتباطی سریعتر، حسگرهای دقیقتر، مواد زیستی پیشرفته و تجهیزات پزشکی نوین منجر شود. هیلکه در پایان تاکید کرد: فونونها به سختی تولید و کنترل میشوند به همین دلیل ما در حال بررسی قلمروهای کاملا جدید هستیم. در سطحی گستردهتر این پژوهش درباره نحوه حرکت و تبدیل جریان الکتریکی و انرژی در مواد الکترونیکی پیشرفته است.
انتهای پیام/
