جریان الکترون ها به زندگی مدرن ما نیرو می دهد.
فناوری مدرن از طریق جریان هدایت‌شده الکترون‌ها از وسایل راحتی در خانه مانند سرخ‌کن‌های ضروری گرفته تا صفحه‌های چند اندازه‌ای که برای کار و اوقات فراغت خود برای مرور میم‌ها به آنها تکیه می‌کنیم.
با این حال، الکترون‌ها بر اساس قوانین عجیب جهان کوانتومی بازی می‌کنند و رفتار عجیبی را نشان می‌دهند که در دنیای ماکروسکوپی دیده نمی‌شود، مانند برهم نهی، که به آنها اجازه می‌دهد تا زمانی که مشاهده شوند، در بسیاری از حالت‌ها وجود داشته باشند، گربه از لحاظ نظری مرده شرودینگر.
با این حال، گاهی اوقات، فعالیت‌های عجیب آنها همتایان دنیای واقعی را نشان می‌دهند که به ما فیزیکدان‌های غیرکوانتومی کمک می‌کنند تا بخشی از ذهن خود را در اطراف فرآیندهای نامرئی بپیچانیم.
در یک مطالعه پیشگامانه، فیزیکدانان دانشگاه میشیگان (UM) فیزیک جدیدی را با توسعه یک دستگاه فانوس الکترونی که پرتوی از الکترون‌ها را ساطع می‌کند که می‌توان با استفاده از «رنگ‌های» مختلف نور بدون نیاز به منبع برق کنترل کرد، روشن کردند.
استفن کندیف، فیزیکدان تجربی در UM و نویسنده ارشد این مطالعه توضیح می دهد: “این روشی است که معمولاً کار نمی کند. وقتی به الکترون ها فکر می کنید که در یک ماده حرکت می کنند، آنها به این دلیل حرکت می کنند که شما یک میدان الکتریکی اعمال کرده اید و در واقع به اطراف می چرخند و در میان مواد حرکت می کنند.”
در اینجا، با استفاده از نور، می‌توانید الکترون‌ها را در جهت خاصی بدون اعمال میدان الکتریکی اسپری کنید.»
با حمایت بنیاد ملی علوم ایالات متحده، محققان دستگاهی ساخته اند که از دو پرتو لیزر با رنگ های مختلف (در ناحیه مادون قرمز نامرئی طیف الکترومغناطیسی) برای کنترل جریان الکترون ها از طریق یک نیمه هادی استفاده می کند.
کندیف به ScienceAlert گفت: «احتمالاً شگفت‌انگیزترین چیز این است که جریان‌های تولید شده توسط این فرآیند حتی با استفاده از دستگاهی که ما ساخته‌ایم قابل تشخیص است.
“جریان تولید شده یک جریان “بالستیکی” است، به این معنی که الکترون ها در امتداد مسیری حرکت می کنند که با سرعت “پرتاب” اولیه آنها تعیین می شود. به طور معمول، جریان های الکتریکی بالستیک نیستند، بلکه پراکنده هستند، زیرا الکترون ها دائماً ناخالصی ها و نقص ها را در مواد پراکنده می کنند.
محققان دستگاه خود را در تاسیسات نانوساخت Lurie UM (LNF) ساختند و روش‌های مختلفی را برای ایجاد یک مجموعه آزمایشی آزمایش کردند که میدان‌های الکتریکی خارجی را معرفی نکرد که می‌تواند نتایج آنها را تغییر دهد.
ییمینگ گونگ، دانشمند یادگیری ماشینی که اکنون در گرینگر و اولین نویسنده این مطالعه است، می‌گوید: «این بزرگترین معما بود که برای من حل شد، زیرا هیچ راه استانداردی برای انجام آن وجود ندارد.
بنابراین من با کارکنان LNF کار کردم تا با دستور العمل ها و دماهای مختلف بازی کنم تا به یک فرآیند تولید برسم.”
کارهای تئوری و تجربی قبلی نشان داده اند که نور به تنهایی می تواند انرژی لازم برای جریان دادن الکترون ها را تامین کند.
«در واقع، این پروژه بسیار جالب است زیرا من کار روی آن را شروع کردم [its predecessor] کاندیف به ScienceAlert گفت: سال ها پیش به عنوان راهی برای ساخت آشکارساز حساس به فاز برای استفاده در تثبیت شانه های فرکانس.
چنین شانه‌های فرکانسی ابزاری مرکزی برای کنترل دقیق امواج الکترومغناطیسی، ایجاد ساعت‌ها، رایانه‌ها و سیستم‌های ارتباطی دقیق‌تر هستند.
https://www.youtube.com/watch?v=CpkenGIm_fA frameborder=”0″ allow=”accelerometer; راه اندازی خودکار؛ کلیپ بورد-ضبط; رسانه رمزگذاری شده؛ ژیروسکوپ; عکس در تصویر; اشتراک گذاری وب” referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin” allowfullscreen>این تحقیق سپس بر اساس کارهای قبلی انجام می شود و نشان می دهد که نور می تواند برای جذب الکترون ها به جریان در پیکربندی پرتو مانندی که نویسندگان آن را به یک فانوس دریایی تشبیه کرده اند، استفاده شود.
کندیف توضیح می دهد: «نور دیگر فقط جریان را روشن نمی کند، بلکه آن را هدایت می کند.
با این حال هدایت این پرتو الکترونی پیچیده تر از چرخاندن ساده یک لامپ است. در عوض، محققان پرتو الکترونی خود را با چرخاندن قطبش — یا جهت نوسان — نور می چرخانند.
این کار همچنین از پیش‌بینی انجام شده توسط همکار قبلی، جان سیپ، فیزیکدان نظری در دانشگاه تورنتو پیروی می‌کند.
Sipe و همکارانش پیش‌بینی کردند که این تنظیم تجربی، اثر مشاهده‌شده «فانوس الکترونیکی» را ایجاد می‌کند و در غیاب ولتاژ اعمال شده، پرتوی از الکترون‌های هدایت‌شده را تولید می‌کند.
مکانیسم زیربنایی به عنوان تداخل کوانتومی، یک فرآیند کوانتومی “متمایز” شناخته می شود.
برخلاف ذرات کلاسیک با مسیرهای کاملاً مشخص، در قلمرو زیراتمی به شدت ضد شهودی، که در آن ذرات به عنوان امواج فازی عمل می‌کنند، تداخل کوانتومی توضیح می‌دهد که چگونه توابع موجی این ذرات می‌توانند خود را به صورت سازنده یا مخرب مرتب کنند.
در آینده، این تحقیق می تواند به روشن شدن هندسه کوانتومی موادی که رفتار اساسی آنها را دیکته می کند کمک کند. در نتیجه، می‌تواند به بهبود مجموعه‌ای از فناوری‌ها، از جمله تکنیک‌های سنجش کوانتومی که هدف آن توصیف مقادیر فیزیکی با دقت روزافزون است، کمک کند.
مطالب مرتبط: اولین ماده کوانتومی در نوع خود با دمای اتاق از اتم های طلا ساخته شده است.
پیشرفت‌ها در تداخل کوانتومی همچنین می‌تواند تصویربرداری و ارتباطات راه دور را با بهبود نحوه انتقال سیگنال‌ها بین دستگاه‌ها و افزایش حجم داده‌های آنها بهبود بخشد.
به همین ترتیب، تداخل کوانتومی می تواند محاسبات را با افزایش احتمال دستیابی به راه حل های محاسباتی مطلوب و سرکوب احتمال به دست آوردن راه حل های نامطلوب، به میزان قابل توجهی افزایش دهد.
آینده کوانتومی است و این فانوس دریایی می‌تواند ما را در مسیریابی در دریای تاریک و نامرئی ذرات زیراتمی و میدان‌هایی که بر جهان محسوس حکومت می‌کنند، راهنمایی کند.
این تحقیق در نامه معاینه فیزیکی.
این مقاله توسط ربکا دایر تصحیح و توسط پیتر داکریل ویرایش شده است. در حالی که ما به روند خود افتخار می کنیم، ما فقط انسان هستیم. اگر خطایی را مشاهده کردید، لطفاً به ما اطلاع دهید.
