ذره کوانتومی که قبلاً ناشناخته بود – معادل یک الکترون خنثی – ممکن است در حالت جدیدی از ماده کشف شده باشد.
با این حال ، توپ عجیب و غریب رایگان یکی از عناصر اصلی سازنده ماده نخواهد بود. در عوض ، این یک ذره چهار ماده ای است که از رفتار جمعی یک ماده فقط در شرایط مناسب بوجود می آید. در مطالعه جدید ، این شرایط در ورقه های بلور نیمه فلزی مشاهده می شود که برخی از رفتارهای الکترومغناطیسی عجیب را نشان می دهد.
سانفن وو ، فیزیکدان دانشگاه پرینستون گفت: “اگر تفسیرهای ما درست باشد ، ما شکل جدیدی از ماده کوانتومی را می بینیم.” در بیانیه ای گفت. وو نویسنده ارشد مطالعه جدیدی است که در 4 ژانویه در ژورنال کشف شده است طبیعت.
متصل: 18 بزرگترین رمز و راز لاینحل فیزیک
او و همکارانش براساس نکاتی در آزمایشات قبلی در مورد رفتار عجیب یک ورق نازک از مواد بلوری پیگیری کردند تنگستن دیتلوراید این ماده الکتریسیته را مانند فلزات فله هدایت می کند ، اما یک عایق قوی مانند “تک لایه” است – یک لایه ضخامت فقط یک اتم – زیرا الکترونهای در حال حرکت توسط الکترونهای ثابت آن مسدود می شوند ، که به اصطلاح “بسیار قوی تر می شوند” وو در نامه ای به Live Science گفت: “” برگ “دو بعدی است.
به عنوان بخشی از تحقیقات خود ، محققان تک لایه را در معرض یک میدان مغناطیسی متناوب در دماهای پایین قرار می دهند ، جایی که اثرات کوانتومی بارزتر می شوند و نحوه مقاومت آن را اندازه می گیرند برق. (مغناطیس و الکتریسیته ارتباط تنگاتنگی با هم دارند ؛ وقتی میدان مغناطیسی قدرت را تغییر می دهد ، الکترون ها شروع به جریان می کنند ، در حالی که الکترون های در حال تولید میدان مغناطیسی.)
مواد منظم تحت این شرایط رفتار متمایزی از خود نشان می دهند: فلزات پدیده ای به نام “نوسان کوانتوم” را نشان می دهند که در آن مقاومت آنها به سرعت بین مقادیر مختلف جابجا می شود.
وو توضیح داد که نوسانات کوانتومی به این دلیل اتفاق می افتد که الکترون های ماده بین حالت کلاسیک طبیعی خود و حالت های مکانیکی کوانتومی ناشی از حرکت دایره ای آنها در یک میدان مغناطیسی جابجا می شوند – نوعی “برهم نهی” کوانتومی که در آن الکترون می تواند چندین شرایط مختلف را اشغال کند فورا.
اما مقره ها نوسانات کوانتومی را نشان نمی دهند. و بنابراین وو و همکارانش از دیدن مقاومت تک لایه لایه تنگستن دی تلوراید با افزایش میدان مغناطیسی ، یعنی رفتار متمایز فلز ، متعجب شدند.
وی گفت: “این کاملاً تعجب آور بود.” “ما از خود پرسیدیم اینجا چه خبر است؟ “آن زمان ما مورد توجه قرار گرفتیم. “
کتابی از علوم باورنکردنی: 22.99 دلار در مجلات مستقیم
از ابتدای اولیه ما به عنوان یک گونه در حال سفر ، کاوش در چگونگی به وجود آمدن و چگونگی رشد سیستم ایمنی بدن ، احساسات و حتی ترس ها. با برخی از بزرگترین ذهن های دانشمندان ملاقات کنید و نحوه ایجاد واکسن ها ، روشنایی طیف نوری و چگونگی توضیح پدیده ها از “خون آشام ها” تا تجارب خارج از بدن را کشف کنید. قدرت پشت همجوشی و امکانات بی پایان ارائه شده توسط مکانیک کوانتوم و دیگران را در کتاب علوم باورنکردنی کشف کنید. معامله را ببینید
نوسان کوانتوم
فیزیکدانان تقریباً یک قرن پیش نوسانات کوانتومی را کشف کردند. مقاومت فلزات معمولاً کم است – بیرونی ترین الکترونهای آنها به سختی در والدینشان بسته نشده است اتمهابه طوری که فلزات به الکترونهای متحرک اجازه می دهند تا جریان برق داشته و هدایت شوند.
در آزمایش های اولیه ، محققان یک فلز را در دمای بسیار کم در معرض یک میدان مغناطیسی قرار دادند و دریافتند که مقاومت ماده ابتدا افزایش می یابد و سپس شروع به جابجایی بین سطوح بالاتر و پایین می کند.
متصل: 18 برابر ذرات کوانتوم ذهن ما را به باد داد
اکنون مشخص شده است که یک میدان مغناطیسی کاملاً قوی باعث می شود که الکترونهای موجود در فلز بین حالت کلاسیک نرمال و حالت مکانیکی کوانتومی دایره ای خود جابجا شده و باعث نوسانات مقاومت فلز شوند. وو گفت ، و نوسانات كوانتوم به ابزاری استاندارد برای توصیف بسیاری از خصوصیات فلزات تبدیل شده اند.
در مقابل ، الکترونهای موجود در مواد عایق نمی توانند حرکت کنند ، بنابراین برق را به خوبی هدایت نمی کنند و مقاومت بسیار بالایی دارند. مقره ها معمولاً نوسانات کوانتومی را نشان نمی دهند ، مهم نیست که میدان مغناطیسی چقدر قوی باشد.
وو گفت ، بنابراین نوسانات کوانتومی مشاهده شده در تک لایه ظاهری تنگستن دی تلورید غیر منتظره است.
اگرچه این ماده از مقاومت بالایی برخوردار بود ، اما با افزایش قدرت میدان مغناطیسی ، بین سطوح مقاومت بالاتر و پایین نوسان می شود. این نوسان نشان می دهد که الکترون های این ماده در فازهای کوانتیزه شده ناشی از میدان مغناطیسی در حال حرکت هستند – یکی از ویژگی های اساسی فلز ، اما در یک عایق قوی است.
ماده جدید
وو گفت ، فیزیك مدرن این كشف را توضیح نمی دهد و او و تیمش پیشنهاد می كنند كه نوسانات مشاهده شده توسط یك نوع ماده كوانتومی تاكنون ناشناخته ایجاد شده باشد.
آنها بر این باورند که نوسانات کوانتومی را می توان با “ذره های ذره ای” بی سابقه ای که از الکترونهای ساکن بوجود می آیند ، هنگامی که یک لایه دی تیلورید تنگستن در معرض یک میدان مغناطیسی کاملاً قوی باشد ، توضیح داد. و آنها پیشنهاد می کنند که این نیمه ذره یک “فرمیون خنثی” است – معادل یک الکترون ، اما بدون بار الکتریکی.
فرمیونهای دارای بار معمول یا الکترونهایی با بار منفی هستند و یا “سوراخهایی” با بار مثبت هستند ، که بصورت جریان جریان در فلز درک می شوند – الکترونها در خلاف جهت جریان جریان دارند.
متصل: 18 برابر ذرات کوانتوم ذهن ما را به باد داد
اما محققان بر این باورند که فرمیون های خنثی آنها می توانند در یک مقره وجود داشته و حرکت کنند و باعث ایجاد فعل و انفعال بین ذرات جریان و خنثی که از الکترونهای ساکن می شوند ، می شود که می تواند به صورت نوسانات کوانتومی شناسایی شود.
وو گفت: “در اینجا ، فرمیون های خنثی شارژ به دلیل رفتار جمعی سیستم چندالكترونی بسیار متقابل ، ذرات در حال ظهور هستند.” “آن زمان ما مورد توجه قرار گرفتیم [one of] بر ذرات بنیادی در مدل استاندارد ، “او گفت ، با اشاره به مدلی که گاهی اوقات جهان عجیب و غریب فیزیک ذرات را اداره می کند.
وی گفت ، آنها اکنون در حال برنامه ریزی برای آزمایش فرضیه خود در مورد “فرمیونهای خنثی” در تیتلستر دی تیلورید و جستجوی عایقهای دیگری هستند كه نوسانات كوانتومی نیز ایجاد می كنند.
وو گفت: “تصور برنامه های آینده در این مرحله دشوار است ، اما من مطمئن هستم كه آنها به فناوری های آینده كوانتومی مربوط خواهند شد.” به همین ترتیب ، “تصور الکترونیک مدرن وقتی اولین الکترون مشاهده شد دشوار بود.”
تیم وو تک لایه های خود را با دوزلورید تنگستن تهیه می کند و به تدریج پوسته های خود را باریک و نازک تر با “نوار چسب ساده” اصلاح می کند.
اگرچه ساده به نظر می رسد ، اما این روش موسوم به “نوار چسب” معمولاً برای ایجاد تک لایه مواد مناسب مورد استفاده قرار می گیرد و منجر به کشف مواد “دو بعدی” مانند گرافن می شود که در سال 2010 جایزه نوبل فیزیک را دریافت کرد.
در اصل در Live Science منتشر شده است.
منبع: khabar-mojo.ir