Physicists observe new property of matter

 

 فیزیکدانان ویژگی جدید ماده را مشاهده می کنند

 

UCSD physicists observe new property of matter 

 اکسيتون‌ها خود را به صورت آرايه‌ منظمي از ريز قطره‌هاي ميکروسکوپي مانند يک گردنبد مرواريد مينياتوري سازمان‌دهي مي‌کنند. طرح تداخل موج‌گونه (طرف راست) همدوسي خود به خود اکسيتون‌ها را نشان مي‌دهد.

فيزيکدانان در دانشگاه کاليفرنيا، در سن ديه گو، براي اولين بار توليد خود به خود همدسي در درون "اکسيتون‌ها"، زوج‌هاي مقيد الکترون و حفره را مشاهده کرده‌اند که به نيم‌رساناها اين امکان را مي‌دهد که به صورت ابزارهاي الکترونيکي جديدي کار کنند. دانشمنداني که در حوزه‌ي جديد نانوفناوري کار مي‌کنند که کاربردهاي تجارتي براي اجسام بسيار کوچک يافته است، بر اين باورند که اين ويژگي جديداً کشف شده مي‌تواند سرانجام به توسعه ابزارهاي محاسباتي جديد بينجامد و شناخت تازه‌اي از ويژگي‌هاي کوانتومي غيرعادي ماده در اختيار آن‌ها بگذارد.
 جزييات اين يافته  جديد در مقاله‌اي در شماره 3 نوامبر مجله‌ي فيزيکال ريويو لترز از يک گروه متشکل از چهار فيزيکدان UCSD  با همکاري يک دانشمند علم مواد دانشگاه کاليفرنيا در سانتاباربارا به چاپ رسيده است.

رهبر اين گروه لئونيد باتوف  يک استاد UCSD است که در سال 2002 در رأس گروهي در آزمايشگاه ملي لاورنس کشف کرد که وقتي اسکيتون‌ها به اندازه‌ي کافي سرد شوند، خود را به صورت آرايه‌اي منظمي از ريز قطره‌ها‌ي ميکروسکوپي، مثل يک گردنبد مرواريد ميناتوري (که در شکل نشان داده شده است) سازماندهي مي‌کنند.
 باتوف در پاسخ به اين پرسش که "همدوسي چيست و چرا اين قدر اهميت دارد؟"‌ اظهار داشت "در آغاز بايدگفت فيزيک جديد وقتي متولد شد که فهميدند تمام ذرات در طبيعت شکل موجي هم دارند. همدسي به معني آن است که همه‌ي اين امواج همگام هستند. همدوسي خود به خود امواج مادي، علت بسياري از هيجان‌ انگيزترين پديده‌هاي طبيعي چون ابررسانايي و کُنش ليزري است."
به گفته‌ي مايکل فوگلر   يک راه ساده‌ي تجسم همدوسي در نظر گرفتن ابراز احساسات تماشاچيان در يک استاديوم به صورت "يک موج" است. اگر نشست و برخاست تماشاچيان رديف‌هاي بالا با تماشاچيان رديف پايين همز‌مان باشد، اين رديف‌ها متقابلاً همدوسند. همين‌طور، همدوسي وقتي خود به خود است که اين ابراز احساسات خود به خود باشند و گوينده اي از بيرون آن را اعلام نکند."
 يک مثال مشهور همدوسي خود به خود امواج مادي چگاليده بوز – انيشتين، حالتي است که انيشتين وجود آن را 80 سال قبل پيش‌بيني کرد. اين شکل جديد ماده را سرانجام فيزيکدانان دانشگاه کلرادو در سال 1995 توليد کردند و چنان با ارزش تشخيص داده شده که جايزه نوبل فيزيک سال 2001 را به اين دانشمندان اعطا کردند. چگاليده بوز – انيشتين گاز اتمي چنان چگال و سردي است که امواج مادي وابسته به آن فرديت خود را از دست مي‌دهندو به صورت يک"موج ماکروسکوپي همدوس اَبَر اتم" در مي‌آيند.
 چگالش بوز – انيشتين اتمي در دماهاي نزديک صفر مطلق به وقوع مي‌پيوندد. بااين همه، انتظارمي‌رود که اکسيتون‌ها همين پديده را در دماهاي ميليون‌ها بار بالاتر (اگرچه بايد پذيرفت که در مقياس معمولي دمايي پايين، صدها بار پايين‌تر از دماي اتاق) از خود نشان دهند. جالب آن که، اين گسترده دماهايي است که باتوف و گروهش آغاز همدوسي اکسيتون‌ را مشاهده کردند.
 فوگلر گفت : "اکسيتون‌ها ذراتي هستند که مي توان آن‌ها را در نيم‌رساناها توليد کرد، که در مورد کار ما اين ماده گاليم ارسنايد بود. ماده‌اي که براي توليد ترانزيستورهاي تلفن همراه به کار مي‌رود. مي‌توان با تاباندن نور به يک ماده‌ي نيم‌رسانا، اين اکسيتون‌ها را توليد و آن‌ها را بر انگيخته ساخت. نور الکترون‌ها را از اوربيتال‌هاي اتمي که معمولاً در ماده اشغال کرده‌اند بيرون مي‌راند. و اين باعث توليد الکترون‌هاي داراي بار منفي و حفره‌هاي داراي بار مثبت مي‌شود."
نيروي جاذبه‌ي الکتريکي اين دو جسم را، مانند الکترون و پروتون در اتم هيدروژن، نزديک هم نگه مي‌دارد. همين طور به آن‌ها اين امکان را مي‌دهد که به جاي يک الکترون و حفره‌ي بدون بر هم کنش، به صورت يک ذره در آيند. اما  اين مي‌تواند عامل اضمحلال اکسيتون‌ها نيز باشد. زيرا چون الکترون‌ و حفره نزديک هم هستند، گاهي يک‌ديگر را مانند نابودي ماده و پادماده، در يک درخش نور نابود مي‌سازند.
 باتوف گفت، "اکسيتون‌ها درنانوساختارها هزاران يا حتي ميليون‌ها بار بيش از ماده نيم‌رساناي معمولي دوام مي‌آورند. اين اکسيتون‌ها با عمر طولاني را مي‌توان در تعداد زياد به صورت گاز اکسيتوني با چگالي بالا در آورد. اما اين که بتوان اکسيتون‌ها را قبل از باز ترکيب و نابودي تا دماهاي بسيار کم سرد کرد، پرسشي مهم براي دانشمندان بوده است. آن چه ما يافته‌ايم ظهور همدوسي خود به خود درگاز اکسيتون بود. اين را طول همدوسي نشان مي‌دهد که مي‌توان از طرح نور، (مطابق شکل) گسيل شده از اکسيتون‌ها در هنگام بازترکيب به دست آورد. در پايين‌تر از دماي حدود پنج کلوين طول همدوسي آشکارا تفکيک مي‌شود و با کاهش دما رشد سريع و ثابتي را از خود نشان مي‌دهد. اين هم‌زمان با تشکيل دانه‌هاي گردنبد مرواريد صورت مي‌گيرد. طول همدوسي در سردترين نقطه موجود در اين آزمايش به حدود دوميکرون مي رسد.

ترجمه : منیژه رهبر 

مرجع