پژوهشگران دانشگاه «مکگیل» دستگاه جدیدی ساختهاند که در شرایط سرمای بسیار شدید، فونون (ذرات مرتبط با صوت) تولید میکند. این دستاورد میتواند راه را برای ساخت لیزرهای فونونی هموار کند؛ فناوری خاصی که کاربردهای بالقوهای در سیستمهای ارتباطی و تشخیصهای پزشکی دارد.
«مایکل هیلک»، دانشیار فیزیک و یکی از نویسندگان این مطالعه، میگوید:
ارتباطات مدرن عمدتاً بر پایه نور، از جمله امواج الکترومغناطیسی و جریانهای الکتریکی استوار است. اما در محیطی مانند اقیانوسها، صدا میتواند حرکت کند، در حالی که نور و جریانهای الکتریکی توانایی عبور ندارند. در بدن انسان نیز امواج صوتی میتوانند ابزار مفیدی باشند.
این دستگاه در دانشگاه مکگیل و شورای ملی تحقیقات کانادا توسعه یافته و مورد مطالعه قرار گرفته است، در حالیکه مواد بهکاررفته در آن در دانشگاه پرینستون تولید شدهاند.
الکترونهای پرسرعت، ارتعاشات صوتمانند ایجاد میکنند!
برای کارکرد این دستگاه، یک جریان الکتریکی از میان یک لایه کریستالی دوبعدی عبور داده میشود؛ جایی که الکترونها درون کانالی که تنها به اندازه چند اتم ضخامت دارد، محصور شدهاند. وقتی الکترونها با نیروی کافی در طول این کانال رانده میشوند، انرژی خود را به شکل فونون آزاد میکنند. این فرآیند باعث ایجاد فورانهای کنترلشدهای از ارتعاشات صوتی میشود که به شکلی پیشبینیپذیر قابل تنظیم هستند.
این اثر تنها در شرایط سرمای شدید ظاهر میشود؛ یعنی زمانی که دمای دستگاه به حدود ۱۰ میلیکلوین تا ۳.۹ کلوین کاهش مییابد. در چنین شرایطی، الکترونها به شیوهای منظمتر حرکت میکنند و به دانشمندان اجازه میدهند تا اثرات کوانتومی را مطالعه کنند؛ پدیدهای که در آن ماده میتواند بیشتر شبیه به موج رفتار کند تا ذرات معمولی.
هیلک توضیح میدهد:
در دماهای نزدیک به صفر مطلق — یعنی دنیای فیزیک کوانتوم — هیچ صدایی ایجاد نمیشود مگر اینکه الکترونها به صورت دستهجمعی با سرعت صوت یا فراتر از آن حرکت کنند. تحقیقات قبلی اثرات مشابهی را هنگام نزدیک شدن سرعت الکترون به دیوار صوتی مشاهده کرده بودند. مطالعه ما با راندن سیستم به فراتر از آن نقطه، گامی فراتر نهاده و نشان میدهد که تئوریهای موجود باید بازنگری شوند؛ چرا که الکترونها میتوانند بسیار داغ باشند، حتی اگر کریستالِ میزبان آنها در دمای نزدیک به صفر مطلق باشد.
مواد جدید میتوانند سرعت دستگاه را افزایش دهند!
هیلک اشاره کرد که تحقیقات آینده بررسی خواهد کرد که آیا مواد دیگر، از جمله گرافن، میتوانند سرعت کارکرد این دستگاه را باز هم بالاتر ببرند یا خیر.
چنین پیشرفتهایی میتواند از تکنولوژیهای ارتباطی سریعتر، حسگرهای بهبودیافته، مواد بیولوژیکی و سیستمهای پزشکی پیشرفته پشتیبانی کند.
او در پایان افزود:
تولید و مهار فونونها به روشی کنترلشده دشوار است، بنابراین ما در حال کاوش در قلمروهای جدیدی هستیم. در یک سطح گسترده، این تحقیق درباره چگونگی حرکت و تبدیل جریان الکتریکی و انرژی در داخل مواد الکترونیکی پیشرفته است.
منبع: Scitechdaily
