4:30 ص
فيزياء البصريات
العوازل الطوبوغرافية عبارة عن مواد كمومية تعمل على التيار الكهربائي مثل المعدن ، بسبب تركيبها الإلكتروني الغريب ، على تيار كهربائي مثل المعدن ، بينما تعمل كعازل بكميات كبيرة. أظهر علماء من معهد ماكس بورن للبصريات غير الخطية وطيف النبضة القصيرة (MBI) لأول مرة كيفية فصل المواد الطوبوغرافية عن نظرائهم العادية التافهة في غضون مليون من المليار من الثانية عن طريق البحث فيها عن طريق ضوء الليزر سريع. يمكن أن تفتح طريقتهم الطريق لاستخدام هذه المواد كعناصر منطقية في الإلكترونيات التي يتم التحكم فيها بالضوء وقادرة على معالجة عشرات الآلاف من المعلومات بأسرع وقت ممكن في الوقت الحالي. ظهرت دراستهم في علم الضوئيات الطبيعة.
يشتمل التوضيح الأكثر شيوعًا لمفهوم الطوبولوجيا على البريتزل المرن ، والذي يمكن تمديده أو ثنيه أو تحريفه بأي شكل من الأشكال ؛ بغض النظر عن التشوه ، فإنه من المستحيل صنع الخبز من المملح أو إضافة ثقوب إليه ، دون تمزيقه. وبالتالي فإن عدد الثقوب في البريتزل ثابت ويوفر معلومات طوبولوجية حول شكل البريتزل.
في المادة الصلبة ، تقيد القوانين الميكانيكية الكمية طاقات الطاقة التي يمكن أن تمتلكها الإلكترونات ، مما يؤدي إلى تكوين نطاقات إما باستخدام طاقات مسموح بها أو محظورة. باستخدام مفهوم الطوبولوجيا ، يمكن للفيزيائيين وصف الأشكال المعقدة لعصابات الطاقة المسموح بها وتعيين رقم طوبولوجي محدد لهم. تظهر طوبولوجيا خاصة لهيكل الشريط في نظام ما في خصائص غريبة يمكن ملاحظتها - مثل الموصلية السطحية في العوازل الطوبوغرافية.
يوضح أحد المؤلفين الرئيسيين للمقالة الدكتور ألفارو خيمينيز جالان من MBI: "الجانب الأكثر وضوحًا في الطوبولوجيا هو متانتها: الخصائص التي تسببها الطوبولوجيا محمية بها". بنفس الطريقة التي لا يمكننا تغيير عدد الثقوب في المملح دون كسرها ، فإن الشوائب وغيرها من الاضطرابات التي تعطل عادة قدرة المادة على توصيل الكهرباء لا تؤثر على حركة الإلكترون العالية على سطح العوازل الطوبوغرافية. الحصانة من الشوائب هي السبب في أن المواد الطوبولوجية تجذب بقوة الصناعات الإلكترونية.
جعل الإلكترونات "تتحدث" عن الطوبولوجيا
على الرغم من أن طوبولوجيا النظام مرتبطة ارتباطًا عميقًا بسلوك الإلكترونات الموجودة فيه ، فإن بصمة الخواص الطوبوغرافية على ديناميات الإلكترون في النطاق الزمني لمليون من المليار من الثانية لم يتم اكتشافها حتى الآن. باستخدام المحاكاة العددية والتحليل النظري ، أثبتت المجموعة من MBI أن معلومات حول طوبولوجيا النظام مشفرة بالفعل في هذه الديناميات الإلكترونية السريعة للغاية ويمكن استرجاعها من خلال النظر إلى الضوء المنبعث من الإلكترونات لأنها متحمسة مع ضوء الليزر. يوضح البروفيسور الدكتور أولغا: "إذا تخيلنا أن الإلكترونات تتحرك بقوة داخل نطاقات الطاقة كمتسابقين على مضمار السباق ، فإن طريقتنا تسمح بالتعرف على طوبولوجيا مسار السباق هذا ، ببساطة عن طريق قياس تسارع المتسابقين". سميرنوفا ، رئيس مجموعة نظرية إم بي آي. تثير نبضات الليزر القصيرة للغاية إلكترونات النظام ، مما يجعلها تقفز من فرقة طاقة واحدة إلى فرقة أعلى ، مما يسرعها في المسار الجديد. ثم تنبعث الإلكترونات المتسارعة الضوء وتعود بسرعة إلى الموضع السفلي. تدوم هذه العملية مجرد جزء لا متناهٍ من الثانية ولكنها كافية للإلكترون "ليشعر" بالفرق الدقيق بين هياكل الطاقة للعوازل التافهة والطوبولوجية و "يشفر" هذه المعلومات في الضوء المنبعث.
في الطريق نحو فائق السرعة الالكترونيات الخفيفة
يوضح العمل الحالي كيفية التمييز بين العوازل التافهة والطوبولوجية بمعدل سريع للغاية ، أي "قراءة" المعلومات الطوبولوجية للنظام باستخدام التحليل الطيفي بالليزر. بالنسبة للخطوة التالية ، يخطط باحثو MBI لاستخدام هذه المعرفة لتحويل عازل تافه إلى طوبولوجي والعكس بالعكس باستخدام ضوء الليزر - أي "كتابة" المعلومات الطوبولوجية في مادة بمعدل مماثل. يمكن أن يثبت الدليل النظري لهذا التأثير تنفيذ المواد الطوبولوجية في الأجهزة الإلكترونية التي يتم التحكم فيها ضوئيًا ، حيث تحدد سرعة الاستجابة الإلكترونية للضوء فقط الحد الأقصى لسرعة معالجة المعلومات.
ليست هناك تعليقات: