11:46 ص
فيزياء البصريات
تشير الأبحاث الجديدة التي قادها كورنيل إلى تحقيق هدف بعيد المنال للفيزيائيين - درجة الحرارة الزائدة في درجة الحرارة العالية - من خلال استكشاف الإكسيتونات في أشباه الموصلات الذرية النحيفة.
إن الإكسيتون ، الذي يتكون من زوج من ثقب الإلكترون المقيد ، هو حزمة متنقلة من الطاقة قادرة على التواجد في العوازل وأشباه الموصلات. باستخدام الإكسيتونات ذات طاقة الربط الكبيرة ، تمكن الباحثون من زيادة درجة حرارة التكثيف مائة ضعف ، من حوالي 1 كلفن (-457.87 فهرنهايت) إلى حوالي 100 كلفن (-279.67 فهرنهايت). درجة حرارة الغرفة حوالي 295 كلفن.
على الرغم من أنه لا يزال يتعين إثبات وجود درجة فائقة من درجة الحرارة العالية ، فقد ينتج عن هذا المكثف القوي Bose-Einstein أنظمة إضاءة أكثر إشراقًا وأكثر كفاءة تفوق المصابيح التقليدية.
تم نشر ورقة فريق البحث ، "إثبات تكثيف الإكسيتون عالي الحرارة في طبقات ثنائية ذرية ثنائية الأبعاد" ، في 2 أكتوبر في مجلة Nature.
وقال الباحث ما بعد الدكتوراه ، زيفانغ وانج ، باحث الدكتوراه: "إن تحقيق تكثيف الإكسيتون في درجة حرارة أعلى بكثير من الدراسات السابقة يوفر فرصة مثيرة لاستكشاف هذه المرحلة الكمية من المادة في ظروف تجريبية أقل صرامة". '18 ، المؤلف الرئيسي للورقة.
تنقسم الجسيمات الكمومية إلى فئتين أساسيتين - البوزونات والفرميونات - التي تفرق بينها. البوزونات هم المرشحون الاجتماعيون ، سعداء بالتجمع. تشبه fermions الركاب على متن حافلة لا يريدون الجلوس بالقرب من بعضهم البعض. أحد أنواع البوزون هو الإكسيتون ، الذي يتكون من فرميزين - إلكترون يقترن بفتحة إلكترون ، وهو غياب الإلكترون في النظام - الذي يمكنه التغلب على ميولهم المعادية للمجتمع والتشبث بسعادة بالجزيئات الأخرى.
تكون الإكسيتونات في الطبقات الثنائية ثنائية الأبعاد خفيفة أيضًا وكبيرة الحجم ، لذا يمكن تعبئتها معًا بكثافة كبيرة - أكثر بكثير من الذرات والإكسيتونات في المواد التقليدية - وتتصرف بشكل جماعي ، مما قد يسمح بالتدفق دون لزوجة أو مقاومة. هذه هي الظروف المثالية لتحقيق التكثيف والسوائل الفائقة في درجات حرارة أعلى.
وقال كين فاي ماك استاذ الفيزياء المساعد في الفيزياء في الولايات "عادة ما تكون الحالات الكمية هشة للغاية. لهذا السبب يتعين عليك تبريدها لدرجة حرارة منخفضة للغاية في المختبر لحمايتها وعزلها عن البيئة." كلية الآداب والعلوم ، مؤلف مشارك ورقي مع جي شان ، أستاذ الفيزياء التطبيقية والهندسة في كلية الهندسة.
قال ماك "لكن ، إذا كان بإمكانك إنشاء حالة كمومية أكثر قوة تعيش بسعادة عند درجة حرارة عالية ، أو حتى في حالة الجو المحيط ، فهناك الكثير من الأشياء التي يمكنك القيام بها."
أحد تلك التطبيقات المحتملة هو الإلكترونيات الضوئية. في المصابيح التقليدية ، تتصرف الإكسونات بشكل مستقل ، وليس بشكل تعاوني ، لأنها ليست في حالة مكثفة. ولكن بمجرد تكثيفها ، يمكن للجزيئات إعادة تجميع وتوليد الفوتونات بشكل أكثر فاعلية.
وقال ماك "يمكنك في الواقع إنشاء مصادر إضاءة أكثر إشراقًا وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة من المصابيح التقليدية".
انتهج الفريق أسلوبًا "ذو تقنية منخفضة" في تجميع طبقات التكثيف الخاصة بهم: فقد استخدموا شريطًا صافيًا لتقشير أحاديات الذرات من البلورات وإعادة ملئها بالإلكترونات والثقوب - مفصولة بحوالي 1 نانومتر ومحاذاة لتحقيق أقصى قدر من جاذبيتها- تشكيل bosons المحبة الاجتماعية.
وقال ماك "إن أحد الخصائص البارزة للمكثف هو أن البوزونات يمكن أن تتدفق دون مقاومة". "ما يعنيه أن كل طبقة في حد ذاتها عبارة عن موصل فائق. لذلك ، هناك طريقة أخرى لإنشاء موصل فائق درجات الحرارة العالية تجعل هذا النوع من الهيكل يقيس بشكل منفصل المقاومة على الطبقة الفردية لمعرفة ما إذا كان لديها مقاومة صفرية. أعمل على هذا النوع من التجربة. "
ليست هناك تعليقات: