کشف حالت‌های جدیدی از ماده در آزمایش‌های کوانتومی

به گزارش ایران اکونومیست، محققان دانشگاه ایالتی جورجیا حالت‌های جدیدی از ماده را در یک سامانه دو بعدی مسطح شناسایی کرده‌اند.

قابل ذکر است که این تیم تحقیقاتی پدیده پیچیده‌ای را که به عنوان «اثر کسری کوانتومی هال»(FQHE) شناخته می‌شود، کاوش کرده و اکتشافات کاملا جدیدی را کشف کرده است.

«اثر کسری کوانتومی هال» پدیده‌ای است که در میان گاز الکترونی باردار اتفاق می‌افتد و حالتی از اثر هال و مشابه اثر کوانتومی هال است.

تحقیقات پژوهشگران رفتار غیرمنتظره حالت‌های «اثر کسری کوانتومی هال» را برجسته می‌کند که در صورت اعمال یک جریان مکمل به روش‌های جدیدی تقسیم و قطع می‌شوند.

پروفسور رامش مانی سرپرست این مطالعه گفت: جدیدترین یافته‌های ما مرزهای این حوزه را جابجا می‌کند و بینش جدیدی را در مورد این سیستم‌های پیچیده ارائه می‌کند.

شرایط تجربی

این توسعه در شرایط شدید دمای نزدیک به صفر مطلق و میدان‌های مغناطیسی شدید تقریباً ۱۰۰ هزار برابر قوی‌تر از زمین مشاهده شد که یک پنجره منحصر به فرد به حالت‌های برانگیخته این سیستم‌های کوانتومی ارائه می‌دهد.

کوشان ویجوواردنا یکی از اعضای هیئت علمی در کالج جورجیا و دانشگاه ایالتی جورجیا بیان کرد: نتایج شگفت‌انگیز هستند و زمان زیادی طول کشید تا بتوانیم توضیحی عملی برای مشاهدات خود داشته باشیم.

برای توضیح این موضوع باید گفت که در دنیای «اثر کسری کوانتومی هال»(FQHE)، ذرات می‌توانند بارهای کسری و اندکی داشته باشند و به روش‌های شگفت انگیزی عمل کنند که فیزیک کلاسیک را به چالش می‌کشند.

پروفسور مانی تأکید کرد: تحقیق در مورد اثرات کسری کوانتومی هال چندین دهه است که تمرکز اصلی فیزیک ماده متراکم مدرن بوده است، زیرا ذرات در زمین‌های مسطح می‌توانند شخصیت‌های متعددی داشته باشند و می‌توانند شخصیتی وابسته به زمینه را در صورت تقاضا نشان دهند.

علاوه بر این، تحقیقات در این زمینه، زمینه‌ساز فناوری‌هایی مانند تلفن‌های همراه، رایانه‌ها و سلول‌های خورشیدی است که ما روزانه از آنها استفاده می‌کنیم.

مشاهده برای اولین بار

این تیم از اجزای نیمه رسانای با تحرک بالا ساخته شده از آرسنید گالیم و آرسنید گالیم آلومینیوم برای ایجاد یک محیط دو بعدی استفاده کردند که حرکت بدون مانع الکترون‌ها را تسهیل می‌کنند.

آنها با معرفی یک جریان تکمیلی در پدیده‌ای که قبلا هرگز مشاهده نشده بود، شکاف شگفت انگیز و عبورهای بعدی از حالت‌های FQHE را مشاهده کردند.

ویجوواردنا خاطرنشان کرد: این اولین باری است که این یافته‌های تجربی را در مورد دستیابی به حالت‌های برانگیخته حالات کسری کوانتومی هال ناشی از اعمال یک جریان مستقیم گزارش می‌کنیم.

این مشاهده حاکی از حضور حالات کاملاً جدید ماده است.

مانی توضیح داد: اگر مطالعات سنتی روی اثرات کسری کوانتومی هال را به عنوان کاوش در طبقه همکف یک ساختمان در نظر بگیرید، مطالعه ما در مورد جستجو و کشف طبقات فوقانی و آن سطوح هیجان انگیز و ناشناخته و یافتن شکل ظاهری آنهاست.

نتایج پیش‌بینی شده

این مطالعه که توسط بنیاد ملی علوم و دفتر تحقیقات ارتش آمریکا تامین می‌شود، نه تنها نظریه‌های موجود را به چالش می‌کشد، بلکه منشاء ترکیبی را برای «اثرات کسری کوانتومی هال با حالت برانگیخته غیرتعادلی»(FQHEs) پیشنهاد می‌کند.

مزایای این اکتشافات فراتر از محدوده آزمایشگاهی است. این یافته‌ها می‌توانند پیامدهای قابل توجهی برای محاسبات کوانتومی و علم مواد داشته باشد و این پتانسیل را دارند که فناوری‌های مرتبط با پردازش داده‌ها و بهره‌وری انرژی را تغییر دهند.

این تیم قصد دارد این پدیده‌ها را در شرایط شدیدتر بررسی کند و از روش‌های جدید استفاده کند.

آنها مطمئن هستند که این تلاش جنبه‌های پیچیده‌تری از سیستم‌های کوانتومی را آشکار خواهد کرد و به پیشرفت این فناوری کمک شایان توجهی می‌کند.