پیام خراسان

آخرين مطالب

دستیابی به منابع انرژی بی‌نهایت با «حالت لبه» در اتم‌ها علمي

دستیابی به منابع انرژی بی‌نهایت با «حالت لبه» در اتم‌ها
  بزرگنمايي:

پیام خراسان - در برخی مواد، الکترون‌ها به قدرت فوق العاده‌ای دست می‌یابند که در امتداد لبه‌ها جریان دارند. حالا یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که اتم‌ها نیز می‌توانند رفتار مشابهی با الکترون‌ها از خود نشان دهند.

پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست(MIT) تصاویری از یک «حالت لبه»(edge state) نادر در اتم‌های فوق سرد را مشاهده و ضبط کرده‌اند. آنها با استفاده از این یافته‌ها می‌توانند بیاموزند که به حالت‌های لبه الکترون‌ها در مواد مختلف دست یابند و آنها را مهار کنند.
این پیشرفت در زمینه فیزیک کوانتومی می‌تواند منجر به کشف منابع انرژی بی‌نهایت شود.
«حالت لبه» در الکترون‌ها موقعیت خاصی است که در آن الکترون‌ها در امتداد مرزها یا لبه‌های مواد خاص و نه از وسط آنها حرکت می‌کنند.
نویسندگان این مطالعه می‌گویند: در این «حالت لبه» نادر، الکترون‌ها می‌توانند بدون اصطکاک جریان داشته باشند و بدون زحمت در اطراف موانع سُر بخورند، زیرا به جریان متمرکز بر محیطی خود می‌چسبند.
این حرکت بدون اصطکاک الکترون‌ها می‌تواند انتقال داده و انرژی را در سراسر دستگاه‌ها بدون هیچ گونه تلفات انتقالی امکان‌پذیر کند و به توسعه مدارهای الکترونیکی و رایانه‌های کوانتومی فوق‌العاده کارآمد منجر شود.
دستیابی به حالت لبه در الکترون‌ها آسان نیست
در سال 1980، یک فیزیکدان آلمانی به نام کلاوس فون کلیتسینگ(Klaus von Klitzing) پیشنهاد کرد که در برخی از مواد دو بعدی در دماهای بسیار پایین و تحت میدان‌های مغناطیسی قوی، جریان الکتریکی در امتداد لبه‌ها به صورت کوانتیزه شده جریان می‌یابد. این پدیده «اثر هال کوانتومی» نامیده می‌شود.
این پدیده ارتباط نزدیکی با حالت لبه الکترون‌ها دارد، زیرا در موادی که اثر هال کوانتومی را نشان می‌دهند، الکترون‌ها در داخل قفل هستند و قادر به هدایت الکتریسیته نیستند. با این حال، آنها شروع به حرکت در یک خط مستقیم در سراسر لبه‌های مواد می‌کنند و «حالت لبه» را تشکیل می‌دهند.
در «حالت لبه»، الکترون‌ها پراکنده نمی‌شوند و حتی اگر مانعی در مسیر آنها وجود داشته باشد، به حرکت در سراسر مرز ماده ادامه می‌دهند. این جریان صاف و پایدار از الکترون‌ها در حالت‌های لبه باعث ایجاد جریان‌های هال می‌شود که مسئول «اثر هال کوانتومی» هستند.
با این حال، برای دانشمندان تقریبا غیرممکن است که حالت لبه الکترون‌ها را مشاهده کنند، زیرا در کسری از زمان رخ می‌دهد.
ریچارد فلچر(Richard Fletcher) یکی از نویسندگان این مطالعه و استادیار فیزیک در MIT می‌گوید: دیدن آنها واقعاً رویداد خاصی است، زیرا این حالت‌ها در مقیاس فمتوثانیه و در فضایی به اندازه کسری از یک نانومتر اتفاق می‌افتند که به شکلی باورنکردنی به سختی می‌توان آنها را ثبت و مشاهده کرد.
بنابراین آیا این بدان معناست که هیچ راهی برای مشاهده و مهار قدرت حالت‌های لبه وجود ندارد؟ محققان MIT به اندازه کافی باهوش بودند که راه حل جالبی برای این مشکل پیدا کنند.
آنها به جای تلاش برای گرفتن حالت‌های لبه الکترون‌ها، روی اتم‌ها تمرکز کردند و آزمایشی را انجام دادند که به آنها اجازه داد «حالت لبه» را در مقیاس بزرگتر مشاهده کنند.
چگونه اتم‌ها می‌توانند رفتار مشابهی از خود نشان دهند؟
نویسندگان مطالعه فکر کردند که اگر الکترون‌های برخی مواد بتوانند وارد «حالت لبه» شوند، احتمالاً اتم‌ها نیز می‌توانند همین کار را انجام دهند. بنابراین آنها تصمیم گرفتند اتم‌هایی را تحت شرایط مشابهی که باعث ایجاد «حالت لبه» در الکترون‌ها می‌شوند، مشاهده کنند.
آنها یک میلیون اتم سدیم را با استفاده از لیزرهای کنترل شده به دام انداختند و آنها را تا دمای تقریبا صفر مطلق خنک کردند. سپس یک تله لیزری ساختند که اتم‌ها را شبیه به چرخش مردم به دور خانه خدا در مکه به دور خود بچرخانند.
فلچر می‌گوید: این تله تلاش می‌کند اتم‌ها را به سمت داخل بکشد، اما نیروی گریز از مرکز وجود دارد که سعی می‌کند آنها را به بیرون بفرستد. این دو نیرو یکدیگر را متعادل می‌کنند، بنابراین اتم با وجود اینکه در حال چرخش است، فکر می‌کند در یک فضای مسطح زندگی می‌کند.
وی افزود: نیروی سومی نیز وجود دارد که اثر کوریولیس(Coriolis effect) نامیده می‌شود و بر اثر آن اگر اتم‌ها بخواهند در یک خط حرکت کنند، منحرف می‌شوند. بنابراین این اتم‌ها طوری رفتار می‌کنند که انگار الکترون‌هایی هستند که در یک میدان مغناطیسی زندگی می‌کنند.
سپس محققان از نور لیزر حلقه‌ای دیگری برای تشکیل یک لبه دایره‌ای در اطراف اتم‌های در حال چرخش استفاده کردند و در کمال تعجب، اتم‌ها شروع به حرکت در امتداد لبه در یک خط کردند و حالت‌های لبه شبیه به آنچه در مورد الکترون‌ها وجود دارد را نشان دادند.
مارتین زویرلین(Martin Zwierlein) یکی از محققان این تیم و استاد فیزیک در MIT می‌گوید: هیچ اصطکاکی وجود ندارد. هیچ کاهش سرعتی وجود ندارد و هیچ اتمی نشت نمی‌کند یا پراکنده نمی‌شود. فقط یک جریان زیبا و منسجم وجود دارد.
محققان همچنین موانعی را بر سر راه این اتم‌ها قرار دادند، اما نتوانستند حرکت اتم‌ها را کند یا مختل کنند.
آنها توانستند این حالت لبه اتم‌ها را برای چند میلی‌ثانیه مشاهده کنند و همچنین تصاویری را ثبت کردند. در آزمایش‌های آینده، آنها قصد دارند این حالت لبه را در برابر موانع بیشتری آزمایش کنند.
محققان می‌گویند امیدواریم این نتایج به توسعه تکنیک‌های بسیار کارآمد داده و انتقال انرژی در آینده کمک کند.
این مطالعه در مجله Nature Physics منتشر شده است.

لینک کوتاه:
https://www.payamekhorasan.ir/Fa/News/728933/

نظرات شما

ارسال دیدگاه

Protected by FormShield
مخاطبان عزیز به اطلاع می رساند: از این پس با های لایت کردن هر واژه ای در متن خبر می توانید از امکان جستجوی آن عبارت یا واژه در ویکی پدیا و نیز آرشیو این پایگاه بهره مند شوید. این امکان برای اولین بار در پایگاه های خبری - تحلیلی گروه رسانه ای آریا برای مخاطبان عزیز ارائه می شود. امیدواریم این تحول نو در جهت دانش افزایی خوانندگان مفید باشد.

ساير مطالب

تأکید بر تقویت همکاری میان آموزش‌وپرورش و مدیریت شهری مشهد

بیش از 99درصد نسخه نویسی در خراسان شمالی الکترونیکی انجام می‌شود

خراسان رضوی، پیشتاز مصاحبه‌های جذب دانشگاه فرهنگیان در کشور

انتخاب اول بازگشت اتباع افغان به کشورشان دوغارون تایباد

نخستین گردهمایی توجیهی رؤسای ادارات آموزش بنیاد شهید «منطقه 1» کشور برگزار شد

دیدار مدیرکل آموزش و پرورش خراسان رضوی با خانواده شهید مصطفی شجاعی‌پور

بازگشت اتباع غیرمجاز 11 استان از مرز دوغارون به افغانستان

آغاز فعالیت سرپرست جدید سرکنسولگری افغانستان در مشهد

ورزش، ابزاری کلیدی برای تحول و آینده‌ای روشن

دیدار مدیر کل بنیاد مازندران با خانواده پاسدار شهید مجید آل ابراهیم در چالوس

برگزاری رزمایش عشایری فدائیان ولایت در روستای چاهشند نهبندان

کاهش هشت درصدی تلفات جاده خراسان شمالی

رفع عطش42 روستای خراسان شمالی

رتبه‌بندی موسسه‌های خیریه در کشور

آغاز همکاری بیمه دی و فدراسیون فوتبال از امروز

کوسه های جزیره کیش؛ زیبا و بی خطر

فرا گیری بارش‌های پراکنده در نیمه شمالی خراسان رضوی

کشف 141 هزار نخ سیگار قاچاق در کاشمر

سازمان منطقه آزاد کیش به دنبال توسعه تولید برق از انرژی خورشیدی/ رشد بی‌سابقه سرمایه‌گذاری در جزیره

حجاب و عفاف یکی از مهمترین وصایای شهدا بوده است/ خطر دوگانگی ارزشی یکی از تهدیدهای هویتی است

آموزش کودکان کار در دستور کار بهزیستی

ارایه 67 خدمت غیرحضوری در تأمین اجتماعی

تعویض 74 پنجره قدیمی ساختمان دانشگاه آزاد بردسکن

کاهش تنش آبی تربت حیدریه به همت ارتش و خیران

نمونه برداری جهت پایش باقی مانده آنتی بیوتیک در گوشت طیور خوشاب

مدیر کل صدا و سیما بر اقدامات عملی در کاهش تصادفات تاکید کرد

آغاز ساخت سالن فرهنگی شهدای گمنام دانشگاه آزاد اسلامی بردسکن

نشست استاندار خراسان شمالی با مدیرعامل بانک ملت کشور برگزار شد

شهدا با انتخاب مرگ، به حیات جاودان رسیدند / شهادت مفهومی از هستی‌بخشی است

مناسب سازی ادارات خراسان جنوبی بالاتر از میانگین کشوری

برگزاری رویداد علمی «دعوت» با محوریت فناوری‌های نوین، شهریورماه در مشهد

سه بانوی خراسان رضوی در اردوی تیم ملی پاراوزنه برداری

شناگران خراسان رضوی در اردوی تیم ملی

کسب طلای بانوی خراسان رضوی در لیگ برتر تنیس روی میز

کلاس های تابستانی در واقع استمرار فعالیت های سال تحصیلی است

خروج روزانه 60 تا 70 کامیون اثاثیه اتباع غیر مجاز افغانستانی، از مرز ماهیرود

رضایت کامل اتباع افغانستانی از عملکرد خراسان جنوبی در ماهیرود

قلع و قمع 31 مورد ساخت و ساز غیر مجاز در نیشابور

بومی‌سازی آموزش‌ها، لازمه ارتقا کیفیت یادگیری دانش‌آموزان / پشتیبانی از یادگیری نوین، راه‌حل اصلی تحول در نظام آموزش و پرورش

ایجاد 592 فرصت شغلی با راه اندازی تعاونی‌های جدید در خراسان جنوبی

معارفه سرپرست فرمانداری بیرجند

سرپرست فرمانداری شهرستان بیرجند منصوب شد

بیرجند با پیشینه علمی، فرهنگی و دینی غنی، نیازمند مدیران توانمند و پاسخگوست

بررسی وضعیت اراضی کشاورزی، مدیریت زمین و رفع مشکلات زمین طرح نهضت ملی مسکن

فراخوان جشنواره ملی نشان نیکوکاری منتشر شد

انفجار منزل مسکونی در روستای اردسمان نیشابور

افتخار آفرینی دانش آموزان فریمانی در یک جشنواره علمی

کیش در مسیر معماری نوین فرهنگی؛ از زیرساخت و هویت تا عدالت و مشارکت

برگزاری برخط مرحله استانی یازدهمین جشنواره خوارزمی در خراسان جنوبی

دستگاه مالیاتی در حفظ اعتماد عمومی، وظیفه سنگینی به عهده دارد