رام کردن الکترون‌های نامنظم با کمک سرما
نتایج تحقیق محققان دانشگاه پردو نشان می‌دهد که انجماد الکترونی سبب منظم شدن حرکت الکترون‌ها می‌شود.
به نقل از فیز، تحقیقات محققان نشان می‌دهد الکترون‌ها در گاز دو بعدی ممکن است تحت یک انتقال فازی نیمه منظم (ذراتی که در خطوط موازی اما نامنظم حرکت می‌کنند) به سمت یک فاز منظم تغییر کند. در تئوری‌های فیزیکی به این فرایند اشاره شده، اما تا پیش از این در یک نمونه عملی مشاهده نشده است.
پروفسور “مایکل مانفرا” ( Michael Manfra)، پروفسور” بیل” (Bill) و پروفسور”دی اوبرین” (Dee O’Brien) از اساتید فیزیک و نجوم دانشگاه “پردو” (Purdue) فرض تحقیق خود را بر این قرار دادند که اگر بتوانیم مسیری مشابه مسیر اسکیت روی یخ برای الکترون‌ها بسازیم و الکترون‌ها را مجبور به حرکت درامتداد سطح کنیم، در نتیجه این الکترون‌ها نمی‌توانند به سمت بالا یا پایین حرکت کنند و تنها قادر به حرکت در کنارهم هستند. زمانی‌که به این الکترون‌ها سرما داده می‌شود و در یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرند، در این شرایط حرکت الکترون‌ها همانند حرکت سربازان در میدان جنگ، به نوعی با هم هماهنگ می‌شود.
تیم تحقیقاتی دانشگاه پردو از یک روش رشدی با خلوص بالا به نام “قرارگیری پرتو مولکولی” (molecular beam epitaxy) برای رشد مواد نیمه هادی (آرسنید گالیوم) استفاده کردند که الکترون‌ها را محدود به یک لایه دو بعدی می‌کند. سپس دمای نمونه تا نزدیک صفر مطلق (منفی 273 درجه سانتی‌گراد) در فریزر کاهش داده شد. پروب‌های ولتاژ در طول هادی میزان مقاومت را اندازه می‌گیرد که تابعی از درجه حرارت و میدان مغناطیسی است.
بنا به گفته “مانفرا” در دماهای بالا، این الکترون‌ها همانند الکترون‌هایی که به طور تصادفی در اطراف همدیگر حرکت می‌کنند، متقارن (ایزوتروپیک) به نظر می‌آیند. وقتی که دما شروع به کاهش می‌کند الکترون‌ها به صورت ستونی کنار هم قرار می‌گیرند و میزان مقاومت در آن‌ها رو به افزایش گذاشته و به نقطه اوج خود می‌رسد. زمانی‌که دما به شدت پایین می‌آید، این فرایند دوباره معکوس می‌شود. این مسئله نشان‌دهنده انتقال از فاز نامنظم به فاز منظم است.
“مانفرا” افزود: نتایج حاصل در واقع هدف اصلی انجام این تحقیق نبوده است. این یک کشف اتفاقی است که درک بهتری از واکنش الکترون‌ها با همدیگر در شرایط کنترل شده را فراهم می‌کند. درعلم فیزیک اغلب اکتشافات به همین صورت بدست می‌آید، زمانی که شرایط مناسب باشد اتفاقات تصادفی رخ می‌دهد.
نتایج این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.
دیدگاه