تبیان، دستیار زندگی

الکترون‌ها چگونه استراحت می‌کنند؟

دانشمندانی که در حوزه نوظهور اسپین ترونیکس تحقیق می‌کنند با این مشکل مواجه هستند که اسپین الکترونها در اثر تاثیر میدانهای مغناطیسی ذرات نزدیک ، ضعیف می‌شود. یک گروه از محققان برای نخستین بار موفق شدند نه تنها فرآیند تضعیف اسپین را در عمل مشاهده کنند، بلکه در عین حال راهی برای مقابله با آن را تکمیل کنند. اسپین ترونیکس حوزه‌ای تازه در مهندسی الکترونیک است که در آن بجای استفاده از بار الکترونها از اسپین آنها به عنوان واحدهای پایه‌ای اطلاعات یعنی صفر و یک استفاده می‌شود.

اسپین بالا به عنوان ‪ ۱‬در نظر گرفته می‌شود و اسپین پایین به منزله صفر است. مقصود از اسپین نیز نحوه چرخش ابر الکترونی در فضای اطراف هسته است. اگر چرخش در جهت عقربه‌های ساعت یا در خلاف آن باشد محور چرخش یا اسپین بالا یا پایین فرض می‌شود. به نوشته نشریه علمی "فیزیکال ریویو لترز" "پی‌اف براون" و همکارانش در بررسی "نقطه‌های کوانتومی" یعنی خوشه‌ای اتمها که در فضایی به ابعاد چند نانومتر در کنار هم جای گرفته‌اند، پدیدار کاسته شدن از اسپین الکترونها را مشاهده کردند.

این محققان در بررسی اسپین الکترون‌های نیمه‌هادی‌هایی از جنس آرسنید ایندیوم و آرسنید گالیم مشاهده کردند که اسپین اولیه الکترونهای اینگونه نقطه‌های کوانتومی در مدت ‪ ۰.۵‬نانو ثانیه که معادل نیم عمر این اسپین‌ها است از مقدار اولیه خود به حد یک سوم کاهش می‌یابند و آنگاه در این تراز تا مدت ‪ ۱۰‬نانو ثانیه باقی می‌مانند. این محققان در عین حال دریافته‌اند که اگر یک میدان مغناطیسی استاتیک ضعیف به میزان ‪ ۱۰۰‬هزارم تسلا به این نقطه‌ها اعمال شود می‌توان از تضعیف اسپین جلوگیری کرد. این قبیل میدانها را می‌توان با کمک یک آهنربای ضعیف ایجاد کرد. حضور میدانی از این نوع باعث می‌شود نیم عمر اسپین الکترون تا ‪ ۴‬نانو ثانیه افزایش یابد و به این ترتیب امکان بهره‌گیری از پدیدار اسپین در دستگاههای الکترونیک آینده را بالا ببرد.

روش بهتری برای شناسایی تمدنهای هوشمند در کیهان بیکران

به گفته یک اخترشناس فرانسوی روش کنونی ردیابی پیامهایی رادیویی که از فضای نامتناهی دریافت می‌شود به منظور کشف وجود احتمالی تمدنهای هوشمند در اقصی نقاط کیهان ، روش نادرستی است. یک روش بهتر ، تلاش برای رویت سفینه‌هایی است که احیانا در مدارهای اطراف سیاره‌های موجود در کیهان در گردشند. به گفته لوک آرنولد از رصدخانه هوت - پروانس نسل تازه تلسکوپهای فضایی که اکنون در دست ساخت است می‌تواند بخوبی از عهده انجام این ماموریت برآید. آرنولد یک بررسی همه ‌جانبه در میزان توانایی نسل جدید این قبیل تلسکوپهای فضایی نظیر تلسکوپ کوروت متعلق به آژانس فضایی اروپا و تلسکوپ کپلر متعلق به ناسا به انجام رسانده است.

این تلسکوپها در هنگامی که یک سیاره از جلوی دوربین آنها گذر می‌کند به دنبال شواهد مربوط به پرتوهای ضعیفی که از این "سیارات" مشاهده می‌شود خواهند بود. به گفته آرنولد ، تلسکوپهای فضایی آینده می‌توانند کشتیهای فضایی به بزرگی یک سیاره را که با روش بادبانهای خورشیدی در فضا حرکت می‌کنند، شناسایی کنند. آرنولد که مقاله‌اش در نشریه علمی "آستروفیزیکال جورنال" درج شده و در پایگاه اینترنتی WWW.ARXIV.ORG/ASTRO-PH/۰۵۰۳۵۸۰ ‬قابل مشاهده است مشخصه علائم گذرایی را که از اشیا با اشکال مختلف تولید می‌شود معین کرده است. از جمله این اشیا ، جسمی به شکل مثلث متساوی الاضلاع و در ابعاد سیاره مشتری و یا دو میله موازی به طول برج ایفل است. تلسکوپهای فضایی آینده می‌توانند بین این اشیا متفاوت تمیز بگذارند هر چند که یک سیاره حلقه دار مانند زحل می‌تواند آنها را به اشتباه بیندازد.

آرنولد مدعی است که یک تمدن پیشرفته قادر است سفینه‌هایی را برای گردش به دور خورشید منظومه خود ارسال کند. با بررسی این قبیل اشیا می‌توان مشخص کرد که آیا با نیروی موتور به حرکت در می‌آیند یا بطور طبیعی گردش می‌کنند. به اعتقاد این اخترشناس بهترین مکان برای ردیابی تمدنهای پیشرفته در اطراف ستاره‌های کوتوله است. ابعاد کوچک آنها امکان می‌دهد ردیابی اشیا کوچک ساخته شده بوسیله تمدنهای پیشرفته ، در اطراف آنها بهتر امکان‌پذیر باشد.
br>اما به گفته پل شوش از مدیران پروژه ستی ‪ SETI‬که مسوولیت برسی علائم دریافت شده از کیهان بیکران را برای ردیابی تمدنهای پیشرفته برعهده دارد، پیشنهاد آرنولد در چارچوب تحقیقات کلی موسوم به ستت ‪ SETT(‬جستجو برای یافتن تکنولوژیهای ورای زمین) جای می‌گیرد که مکمل برنامه ستی (جستجو برای یافتن علائم الکترومغناطیس جوامع تکنولوژیک ورای زمین) است و بنا براین نیازی نیست که در رهیافت کنونی ستی تغییر صورت پذیرد.

جایزه علمی جهانی«انیشتین» ، امسال به یک دانشمند جو شناس اعطا می‌شود.

رالف سیسرون ، رییس دانشگاه کالیفرنیا در شهر ایروین واقع در جنوب غربی ایالات کالیفرنیا ، برنده جایزه جهانی علمی «آلبرت انشتین» شد. به گزارش سرویس بین‌الملل خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا) به نقل از خبرگزاری آسوشیتدپرس ، سیسرون ، که یک دانشمند جو شناس است به دلیل مطالعاتش بر روی گازهای گلخانه‌ای و کاهش ازن به دریافت این جایزه مفتخر خواهد شد. شورای فرهنگی جهانی در مکزیک هر ساله این جایزه را به تلاشهای پژوهشی که برای کسب رفاه و سود واقعی بشریت انجام می‌شوند، اهدا می‌کند.

این جایزه شامل یک دیپلم و یک مدال افتخار و 10 هزار دلار می‌باشد.

کمیته دانش‌آموزی با برنامه ریزی اصولی در ستاد ملی سال جهانی فیزیک تشکیل شد.

کمیته دانش‌آموزی با برنامه‌ریزی اصولی و با هدف ترویج و مطرح کردن فیزیک در بین معلمان و دانش‌آموزان در ستاد ملی سال جهانی فیزیک تشکل شد. رییس ستاد ملی سال جهانی فیزیک در حاشیه همایش سال جهانی فیزیک گفت: در کمیته دانش‌آموزی کارگاهی در زمینه ارائه شیوه‌های نوین آموزش علوم با حضور معلمان برگزار می‌شود.

منصور وصالی افزود: برای ایجاد این کارگاه نیاز به حمایت مالی حامیان حقوقی و حقیقی داریم و در این ارتباط با اتحادیه معلمان فیزیک برای مشارکت در کمیته دانش‌آموزی به توافق رسیده‌ایم. وی با اشاره به اقدامات ستاد ملی سال جهانی فیزیک برای ایجاد باور علمی در میان مردم ، خاطر نشان کرد: با همکاری آموزش و پرورش زاهدان کارگاه چهار روزه برای معلمان در این شهر برگزار شد.

وصالی ادامه‌داد: در روز جهانی نجوم علاوه بر فعالیت‌های نجومی برنامه‌های خاص دیگری در خصوص فیزیک ، ریاضی و غیره در بوستان شفق تهران برگزار شد. وی اضافه کرد: تهیه پوسترها و جزوه‌های علمی و تشریح پدیده‌های ساده در طبیعت ، برای اینکه مردم به درک درستی از علم برسند، از دیگر اقدامات ستاد در زمینه ایجاد باور علمی در میان مردم است.

آیا بازگرداندن عقربه زمان به عقب امکان پذیر است

گروهی از فیزیک دانان پاسخ این سوال که آیا می‌توان زمان را به عقب بازگرداند دستکم در حوزه شبیه‌سازی کوانتومی - دینامیکی سامانه‌های موسوم به سامانه‌های چند جزئه ، مثبت می‌دانند. مارک داولینگ و همکارانش در مقاله‌ای در نشریه "فیزیکال ریویو لترز" اعلام کردند در بررسی نحوه تطور اتمهای فوق سردی که چگالیده بوز - انیشتین را بوجود می‌آورند با پدیده بازگشت پذیری زمان مواجه شده‌اند. این محققان از یکی از خواص اصلی دستگاه هامیلتنی ، یعنی عملگری که در مکانیک کوانتوم برای تعیین انرژی سامانه استفاده می‌شود بهره گرفتند.

تطور سامانه تحت یک عملگر هامیلتنی در جهت معکوس زمان معادل تطور سامانه تحت همان عملگر با علامت منفی و در جهت مثبت زمان است. بنابراین تغییر دادن علامت عملگر هامیلتنی در میانه یک شبیه‌سازی رایانه‌ای معادل تغییر دادن جهت بردار زمان است. انجام این عمل و مشاهده اینکه آیا با بازگشت زمان به عقب ، شرایط اولیه‌ای که برای سامانه تعریف شده عینا اعاده می‌شود یا نه ، یکی از راههای آزمودن میزان دقت شبیه‌سازی به شمار می‌آید. این نوع آزمونها ضروری ، اما بسیار وقت گیر و دشوار است. علت آن است که سامانه‌های چند جزیی با ازدیاد شمار اجزا بر درجه پیچیدگی‌شان به صورت اکسپونانسیل افزوده می‌شود و کمترین تغییر در شرایط اولیه می‌تواند تغییرات بسیار زیادی در برونداد نهایی بوجود آورد.

داولینگ و همکارانش روش خود را بر روی سامانه‌ای که شبیه‌سازی یک چگالیده بوز - انیشتین با شمار اتمهای معادل ‪ ۶.۰۲x ۱۰۲۳ (‬یعنی معادل عدد آووگادرو) بود آزمایش کردند. سامانه چگالیده بوز - انیشتین عبارت است از مجموعه‌ای از اتمها که تا دمای بسیار پایین سرد شده‌اند و در این حالت با اتصال به یکدیگر به صورت یک ابراتم متشکل از شمار زیادی اتم عمل می‌کنند و خواص کوانتومی یک هستار واحد (و نه مجموعه‌ای از اتمها) را از خود ظاهر می‌سازند.

در این آزمایش حالت نهایی سامانه کاملا در انطباق با شرایط اولیه سامانه قرار داشت.

این پژوهشگران معتقدند این شبیه‌سازی را دقیقا می‌توان در محیط واقعی آزمایشگاه نیز به اجرا درآورد و در عین حال روشی را که برای آزمودن دقت شبیه‌سازی به کار گرفته‌اند محدود به چگالیده بوز-اینشتاین یا فیزیک ماده چگالیده نیست بلکه می‌توان از آن در زیست شناسی و اختر فیزیک نیز بهره گرفت.

پرتاب فضاپیمای شاتل ، تا ماه ژوئیه به تاخیر افتاد.

یکی از مقام‌های آژانس فضایی آمریکا ، ناسا ، اعلام کرده است که پرتاب فضاپیمای شاتل دیسکاوری تا ماه ژوئیه انجام نخواهد شد. پایگاه اینترنتی "بی‌بی‌سی" ، روز شنبه با بیان این مطلب، می‌افزاید:

تاخیر پرتاب شاتل به این دلیل است که مدیران ناسا نتیجه گرفتند که مخزن سوخت شاتل که عامل فاجعه انهدام کلمبیا در سال ‪ ۲۰۰۳‬بود هنوز مورد اطمینان نیست. ناسا تاریخ پرتاب شاتل را ابتدا ‪ ۱۵‬ماه مه تعیین کرده بود، اما تاکنون آن را دو بار به تاخیر انداخته است. فضاپیمای شاتل پس از حادثه کلمبیا ، که با مرگ هفت خدمه آن همراه بود، زمین گیر شد و هنوز پرواز نکرده است. در این گزارش آمده است: ادامه نگرانی درباره احتمال انباشت توده‌های یخ بر جداره بیرونی مخزن خارجی سوخت شاتل از علل تصمیم ناسا برای موکول کردن پرتاب به ماه ژوئیه است.

بیم آن می‌رود که یخ تشکیل شده بر مخزن سوخت ، به هنگام پرتاب از آن جدا شده و به قطعات ظریف سپر حرارتی فضاپیما برخورد کند. علت تشکیل یخ اختلاف زیاد دما میان محیط بیرون و داخل مخزن سوخت است. هر چند شاتل در طول ‪ ۲۴‬سال ماموریت فضایی ، هزاران بار هدف اصابت قطعات کوچک زباله‌های فضایی قرار گرفته است، اما ناسا بیش از این نمی‌تواند چشمان خود را به روی خطرات احتمالی این گونه برخوردها ببندد. این گزارش درباره چگونگی انهدام کلمبیا ، توضیح می‌دهد: یک قطعه عایق سبک که هنگام پرتاب شاتل کلمبیا از مخزن سوخت آن جدا شد به بدنه فضاپیما برخورد کرد. این تکه عایق که بسیار سبکتر از یخ که حفره‌ای در بال فضاپیما ایجاد کرد و ‪ ۱۶‬روز بعد به هنگام بازگشت شاتل به جو زمین به متلاشی شدن فضاپیما منجر شد.

ناسا مخزن سوخت شاتل را از نو طراحی و نوع عایقی را که عامل آن حادثه بود جایگزین کرده است، با این حال هنوز مشکلاتی وجود دارد. مدیران برنامه شاتل هفته گذشته به خبرنگاران گفتند که مهندسان ، ‪۱۷۰‬ منبع رها شدن قطعات بالقوه خطرناک (مانند عایق مخزن سوخت) را ارزیابی و به جز چند عدد از آنها نسبت به ایمن بودن بقیه اطمینان حاصل کردند. بررسی مجدد این منابع بالقوه خطرناک روزهای سه‌شنبه و چهارشنبه در مرکز فضایی کندی در فلوریدا انجام شد اما مدیران این سازمان نتوانستند نگرانی های خود را برطرف کنند. یک لوله ‪ ۲۱‬متری انتقال سوخت، که بر جداره بیرونی مخزن سوخت تعبیه شده، یکی از منابع نگرانی است.

مخزن سوخت شاتل پیش از پرتاب با یک میلیون و ‪۹۰۰‬هزار لیتر اکسیژن مایع و هیدروژن مایع پر می‌شود و دمای هر دو ماده علیرغم آفتاب و رطوبت فلوریدا باید زیر صفر درجه سانتیگراد باقی بماند. این دو ماده ، سوخت موتورهای اصلی شاتل حین پرتاب را تامین می‌کنند. مهندسان نگران احتمال تشکیل برفک و یخ در نزدیکی سر این لوله و شکسته شدن آن هنگام پرتاب و آسیب دیدن بدنه شاتل هستند. ناسا ممکن است تا پیش از دادن اجازه پرتاب به دیسکاوری ، نصب یک حرارت دهنده الکتریکی در ناحیه مظنون را لازم تشخیص دهد. ناسا امیدوار بود تا پیش از پایان تابستان دو ماموریت نخست پس از حادثه کلمبیا را تکمیل کند تا مدیران این سازمان بتوانند محدودیت‌های اعمال شده بر برنامه پرواز را تسهیل کنند و شاتل را بار دیگر بطور کامل برای احداث ایستگاه بین‌المللی فضایی و جابجایی خدمه ‌ایستگاه بکار گیرند.

نخستین تصویربرداری از درون اتم‌ها

 دانشمندان هلندی موفق به تصویربرداری از درون یک اتم برای نخستین بار شدند.

به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، این موفقیت می‌تواند به طراحی اشکال رادیکالی جدید ابزار الکترونیکی بینجامد و به درک دانشمندان از اساسی‌ترین بلوک‌های سازنده کمک کند.

در آزمایش‌های انجام‌شده، محققان از لیزر و میکروسکوپ برای رصد درون ذره هیدروژن، بهره بردند.

این نوع تصاویر هرگز تهیه نشده بود؛ زیرا تمامی آزمایش‌های پیشین ذراتی را که دانشمندان در تلاش برای تصویربرداری از آن‌ها بودند، نابود می‌کردند.

دانشمندان هلندی موفق به مشاهده محتوای اتم هیدروژن با استفاده از لنزهای خاصی شدند که تصاویر را تا بیش از 20 هزار برابر بزرگ کرده و یک "میکروسکوپ کوانتومی" خلق می‌کند.

این آزمایش، محدودیت‌های فیزیکدانان کوانتونی را خواهد شکست و به محققان در طراحی سیستم‌های الکترونیکی فوق سریع در آینده کمک خواهد کرد.

به جای توانایی برای توضیح موقعیت یک ذره، فیزیک کوانتوم توصیفی را از پیرامون آن به نام "تابع موج" ارائه می‌دهد. این مفهوم شیوه‌ای ریاضیاتی برای توصیف چگونگی رفتار آن‌ها در فضا و زمان است.

تابع‌های موج مانند امواج صوتی عمل می‌کنند؛ اما در حالی که توصیف ریاضی موج صوتی، حرکت مولکول‌های موجود در هوا را در مکانی خاص توصیف می‌کند، تابع موج احتمال یافتن ذره را توضیح می‌دهد.

فیزیکدانان می‌توانند از لحاظ تئوری چگونگی تابع یک موج را پیش‌بینی کنند، اما اندازه‌گیری این تابع بسیار دشوار است.

بیشتر تلاش‌ها برای مشاهده مستقیم تابع‌های موج در فرایندی موسوم به «فروریختگی» (collapse) آنها را نابود می‌کند.

فیزیکدانان لابراتواری در «بنیاد تحقیقات بنیادین بر روی ماده» در آمستردام، رویکرد نانونابودگر جدید را عملی کردند.

با استفاده از پروپوزال ارائه‌شده در سال 1981 توسط سه نظریه‌پرداز روسی و مطالعات جدید بر روی این پروپوزال، تیمی هلندی نخست دو لیزر را به اتم‌های هیدروژن در درون یک اتاقک تابانید و به الکترون‌ها با سرعت و در مسیرهایی که به تابع موج زیرینشان بستگی داشت، ضربه زد.

یک میدان الکتریکی قوی در درون اتاقک الکترون‌ها را به مکان‌هایی بر روی دتکتور دووجهی هدایت کردند، که این مکان‌ها به سرعت‌های اولیه و نه مکان‌های اولیه بستگی داشتند.

بنابراین، توزیع الکترون‌های برخوردکننده به دتکتور با تابع موج از الکترون‌ها در لحظه‌ای که هسته‌های هیدروژنشان را به جا گذاشتند، مطابقت داشت.

این سیستم توزیع الکترون را بر روی صفحه به عنوان رینگ‌های تاریک و روشن نمایش می‌دهد و دانشمندان با استفاده از دوربین‌های دیجیتالی با تفکیک‌پذیری بالا، از آن‌ها تصویربرداری کردند.

هیدورژن سه چهارم جهان را تشکیل می‌دهد و به دلیل ساختار اساسی‌اش، برای این آزمایش انتخاب شد؛ همچنین تصویربرداری از آن در مقایسه با هر ماده دیگری، آسان‌تر است.

تیم تحقیقاتی آزمایشات خود را بر روی ذرات هلیم آغاز کرده است.

کاربردپذیری این فرایند بر روی مواد پیچیده‌تر در هاله‌ای از ابهام است.

جزئیات این موفقیت علمی در Physical Review Letters منتشر شد.

چگونگی تبدیل نور به جریان الکتریسیته توسط گرافن

آزمایش‌های اندازه‌گیری قابلیت هدایت نور بر روی ترانزیستورهای گرافنی که توسط گروه ‏IBM‏ در ایالات متحده آمریکا انجام شد، مشخص کرد که اثرات فوتوولتائیک و بولومتریک ‏‏در خواص گرافن نقش دارند. ‏

به گزارش ایسنا، گرافن با قرار گرفتن در معرض نور، رفتاری متفاوت نسبت به نیمه‌رساناهای مرسوم از ‏خود نشان می‌دهد، با این حال محققان کماکان در مورد مکانیزم دقیق پاسخ‌دهی غیرمعمول ‏این ماده به نور به قطعیت نرسیده‌اند. آزمایش‌های اندازه‌گیری قابلیت هدایت نور بر روی ‏ترانزیستورهای گرافنی که توسط گروه ‏IBM‏ در ایالات متحده آمریکا انجام شد، مشخص ‏کرد که اثرات فوتوولتائیک و بولومتریک (اثر تغییر مقاومت اجسام با دما) در خواص گرافن ‏نقش دارند. نتایج به دست آمده برای ساخت نسل جدید شناساگرهای نوری فوق‌سریع و پر ‏بازده از این ماده بسیار مفید خواهد بود. ‏

شناساگرهای نوری به طور معمول در کاربردهایی از قبیل ارتباطات، حسگرها و ‏تصویربرداری استفاده می‌شوند. اکثر شناساگرهای نوری از نیمه‌رساناهای نوع ‏III-V‏ مانند ‏گالیوم آرسنید ساخته می‌شوند. عملکرد آنها از طریق جذب فوتون‌ها و تولید جفتِ الکترون ‏‏- حفره است که پس از آن از هم جدا شده و جریان الکتریسیته را تولید می‌کنند.

‏

تا به امروز، دانشمندان عقیده داشتند که گرافن نور را تحت پنج مکانیزم متفاوت جذب ‏می‌کند: از طریق اثرات فوتوولتائیک، ترموالکتریک و یا بولومتریک و دفع نور توسط ‏اکسیژن و یا تقویت فوتوترانزیستورها. یک گروه به رهبری فائدون آووریس از ‏IBM، این اثرات را با جزئیات کامل در آزمایشات هدایت‌سنجی نوری در ترانزیستورهای اثر میدانی ‏‏(‏FET‏) گرافنی بررسی کرده‌اند. ‏

محققان ‏IBM‏ نتایج خود را با تحریک ‏FET‏ با اشعه متمرکز مادون قرمز لیزر و پس از آن ‏اندازه‌گیری فوتوجریان با استفاده از تکنیک ‏lock-in‏ به دست آوردند. این آزمایش برخلاف ‏آزمایش‌های پیشین که بر روی گرافن‌های نوع ‏p-n‏ صورت گرفته بود، بر روی گرافن‌های ‏یکنواخت انجام شد که اندازه‌گیری پاسخ ذاتی مواد کربنی به نور را میسر می‌سازد. ‏

وقتی گرافن نور را جذب می‌کند، جفتِ الکترون- حفره، تحریک شده و متقابلا به ‏سرعت بر الکترون‌ها و حفره‌های دیگر اثر می‌گذارد. فریتگ توضیح می‌دهد که این ‏فعل و انفعالات دمای کلی الکترون‌ها را افزایش می‌دهد، اما الکترون‌ها گرمای خود را حفظ ‏می‌کنند زیرا به شکل ضعیفی به شبکه کربن جفت شده‌اند و بدین ترتیب به آرامی گرمای ‏خود را به شبکه منتقل می‌کنند. ‏

فریتگ افزود: «این حامل‌های گرم هستند که جریان فوتوولتائیک را در گرافن تولید می‏‌کنند. زمانی که دمای شبکه افزایش می‌یابد باعث تغییر حرکت الکترون شده و جریان ‏بولومتریک را در جهت معکوس تولید می‌کند. در چگالی‌های کم بار، اثر فوتوولتائیک و در ‏سطوح بیشتر الکترون، اثر بولومتریک نسبت به دیگر پدیده‌ها برتری دارند. همچنین می‌توان ‏با تغییر در چگالی الکترون در ‏FET‏ گرافنی با استفاده از ولتاژ ‏Back gate، این دو مکانیزم ‏پاسخ‌دهی را با یکدیگر تعویض کرد.»

آگاهی از چگونگی تولید جریان از نور در گرافن برای بهبود بازده شناساگرهای نوری ‏ساخته شده از این ماده امری ضروری خواهد بود. به عنوان مثال، تغییر دی‌الکتریکی که ‏ترانزیستور گرافنی بر روی آن نصب شده است جفت‌شوندگی الکترون- فونون را تغییر ‏خواهد داد و این تغییرات متعاقبا بر برتری اثرات بولومتریک و فوتوولتائیک تاثیر خواهد ‏گذاشت. ‏

این محققان نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی ‏Nature Photonics‏ منتشر کرده‌اند.‏

مشاهده مغناطیس عجیب کوانتومی توسط فیزیکدانان برای نخستین بار

فیزیکدانان مؤسسه فدرال فناوری سوئیس با استفاده از اتم‌های فوق سرد ، شاهد پدیده عجیب موسوم به مغناطیس کوانتومی برای نخستین بار شدند که رفتار اتم‌ها را زمانی که مانند آهنرباهای ریز عمل می‌کنند، توضیح می‌دهد.

به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، مغناطیس کوانتومی کمی با مغناطیس مرسوم متفاوت است؛ چراکه اتمها از خصوصیتی موسوم به چرخش برخوردارند که پله‌ای بوده یا در حالات از هم گسسته است و معمولا بالا و پایین نامیده می‌شوند.

این در حالیست که مشاهده رفتار اتم‌ها بسیار سخت است؛ از آن جهت که نیازمند سرد کردن اتم تا دمای بسیار پائین و شناسایی راهی برای گرفتار کردن آن است.

یافته‌های این دانشمندان که در مجله ساینس منتشر شده، همچنین درها را به سوی درک بهتر پدیده‌های فیزیکی مانند ابررسانایی باز خواهد کرد که بنظر می‌رسد با ویژگی‌های جمعی کوانتومی برخی مواد مرتبط باشد.

محققان بر روی چرخش اتمها تمرکز کردند چرا که این ویژگی است که آهنرباها را مغناطیسی می کند؛ این امر از آن جهت است که تمام چرخشهای اتمهای درون یک آهنربا در یک مسیر هستند.

این دانشمندان برای دستیابی به یک دیدگاه واضح از رفتارهای چرخشی اتمها مجبور بودند اتمهای پتاسیم را تا دمای نزدیک صفر مطلق سرد کنند. از این راه، اختلالات تصادفی حرارتی که در اصل تابش زمینه و گرما هستند با تکان دادن اتمهای پتاسیم از محل خود باعث اختلال در دید نمی‌شدند.

محققان سپس یک شبکه نوری از پرتوهای لیزر ایجاد کردند. این پرتوها با یکدیگر تداخل داشته و مناطقی از انرژی احتمالی بالا و پائین ایجاد کردند.

اتمهای بدون بار خنثی در چاله‌های شبکه که مناطق انرژی پایین هستند قرار خواهند گرفت. هنگامی که شبکه ساخته شد، اتمها گاهی بطور تصادفی از کناره‌های چاهها تونل می‌زنند چرا که ذات کوانتومی ذرات به آنها اجازه می‌دهد در یک زمان در چندین جا بوده یا از میزانهای متفاوت انرژی برخوردار باشند.

عامل دیگری که محل اتم‌ها در شبکه نوری را تعیین می‌کند، چرخش بالا یا پائین آنهاست. دو اتم اگر چرخش مشابه داشته باشند، نمی‌توانند در یک چاله قرار بگیرند. این بدان معنی است که اتمها از گرایش تونل زنی در چاله‌ها با اتمهایی که گردش متفاوت دارند، برخوردار خواهند بود.

پس از مدتی، خطی از اتمهای دارای الگوی چرخشی غیر تصادفی باید خودبخود ایجاد شود. این نوع رفتار از مواد دیگر جهان قابل رویت که گرایش آنها می‌تواند از طیف گسترده‌ای از قدرهای میانی برخوردار باشد، متفاوت است. این رفتار همچنین دلیل غیرمغناطیسی بودن بیشتر چیزهاست؛ چرخشهای الکترونهای درون اتمها به شکل تصادفی گرایش داشته و یکدیگر را خنثی میکنند.

این پژوهش قابلیهایی را برای افزایش تعداد اتمها در یک شبکه و حتی ساخت سازه‌های شبکه‌ای دو بعدی از اتمها و حتی شبکه‌های هرمی ایجاد خواهد کرد.

این که آیا نظمی که این دانشمندان یافته‌اند قابل تعمیم در مقیاسهاسی بزرگتر بوده یا خیر از اهمیت زیادی برخوردار است؛ چراکه خود مغناطیس از چرخش‌های اتم‌ها در زمان خطی بودن همگی آنها ایجاد می‌شود. معمولا این چرخش‌ها بطور تصادفی مرتب شده‌اند؛ اما در دماهای بسیار سرد و مقیاس‌های کوچک، این تغییرات و این رفتار کوانتومی متفاوت رفتار خواهد کرد.

چگونگی تبدیل نور به جریان الکتریسیته توسط گرافن

آزمایش‌های اندازه‌گیری قابلیت هدایت نور بر روی ترانزیستورهای گرافنی که توسط گروه ‏IBM‏ در ایالات متحده آمریکا انجام شد، مشخص کرد که اثرات فوتوولتائیک و بولومتریک ‏‏در خواص گرافن نقش دارند. ‏

به گزارش ایسنا، گرافن با قرار گرفتن در معرض نور، رفتاری متفاوت نسبت به نیمه‌رساناهای مرسوم از ‏خود نشان می‌دهد، با این حال محققان کماکان در مورد مکانیزم دقیق پاسخ‌دهی غیرمعمول ‏این ماده به نور به قطعیت نرسیده‌اند. آزمایش‌های اندازه‌گیری قابلیت هدایت نور بر روی ‏ترانزیستورهای گرافنی که توسط گروه ‏IBM‏ در ایالات متحده آمریکا انجام شد، مشخص ‏کرد که اثرات فوتوولتائیک و بولومتریک (اثر تغییر مقاومت اجسام با دما) در خواص گرافن ‏نقش دارند. نتایج به دست آمده برای ساخت نسل جدید شناساگرهای نوری فوق‌سریع و پر ‏بازده از این ماده بسیار مفید خواهد بود. ‏

شناساگرهای نوری به طور معمول در کاربردهایی از قبیل ارتباطات، حسگرها و ‏تصویربرداری استفاده می‌شوند. اکثر شناساگرهای نوری از نیمه‌رساناهای نوع ‏III-V‏ مانند ‏گالیوم آرسنید ساخته می‌شوند. عملکرد آنها از طریق جذب فوتون‌ها و تولید جفتِ الکترون ‏‏- حفره است که پس از آن از هم جدا شده و جریان الکتریسیته را تولید می‌کنند.

‏

تا به امروز، دانشمندان عقیده داشتند که گرافن نور را تحت پنج مکانیزم متفاوت جذب ‏می‌کند: از طریق اثرات فوتوولتائیک، ترموالکتریک و یا بولومتریک و دفع نور توسط ‏اکسیژن و یا تقویت فوتوترانزیستورها. یک گروه به رهبری فائدون آووریس از ‏IBM، این اثرات را با جزئیات کامل در آزمایشات هدایت‌سنجی نوری در ترانزیستورهای اثر میدانی ‏‏(‏FET‏) گرافنی بررسی کرده‌اند. ‏

محققان ‏IBM‏ نتایج خود را با تحریک ‏FET‏ با اشعه متمرکز مادون قرمز لیزر و پس از آن ‏اندازه‌گیری فوتوجریان با استفاده از تکنیک ‏lock-in‏ به دست آوردند. این آزمایش برخلاف ‏آزمایش‌های پیشین که بر روی گرافن‌های نوع ‏p-n‏ صورت گرفته بود، بر روی گرافن‌های ‏یکنواخت انجام شد که اندازه‌گیری پاسخ ذاتی مواد کربنی به نور را میسر می‌سازد. ‏

وقتی گرافن نور را جذب می‌کند، جفتِ الکترون- حفره، تحریک شده و متقابلا به ‏سرعت بر الکترون‌ها و حفره‌های دیگر اثر می‌گذارد. فریتگ توضیح می‌دهد که این ‏فعل و انفعالات دمای کلی الکترون‌ها را افزایش می‌دهد، اما الکترون‌ها گرمای خود را حفظ ‏می‌کنند زیرا به شکل ضعیفی به شبکه کربن جفت شده‌اند و بدین ترتیب به آرامی گرمای ‏خود را به شبکه منتقل می‌کنند. ‏

فریتگ افزود: «این حامل‌های گرم هستند که جریان فوتوولتائیک را در گرافن تولید می‏‌کنند. زمانی که دمای شبکه افزایش می‌یابد باعث تغییر حرکت الکترون شده و جریان ‏بولومتریک را در جهت معکوس تولید می‌کند. در چگالی‌های کم بار، اثر فوتوولتائیک و در ‏سطوح بیشتر الکترون، اثر بولومتریک نسبت به دیگر پدیده‌ها برتری دارند. همچنین می‌توان ‏با تغییر در چگالی الکترون در ‏FET‏ گرافنی با استفاده از ولتاژ ‏Back gate، این دو مکانیزم ‏پاسخ‌دهی را با یکدیگر تعویض کرد.»

آگاهی از چگونگی تولید جریان از نور در گرافن برای بهبود بازده شناساگرهای نوری ‏ساخته شده از این ماده امری ضروری خواهد بود. به عنوان مثال، تغییر دی‌الکتریکی که ‏ترانزیستور گرافنی بر روی آن نصب شده است جفت‌شوندگی الکترون- فونون را تغییر ‏خواهد داد و این تغییرات متعاقبا بر برتری اثرات بولومتریک و فوتوولتائیک تاثیر خواهد ‏گذاشت. ‏

این محققان نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی ‏Nature Photonics‏ منتشر کرده‌اند.‏