گروهي از محققان دانشگاه «پرينستون» در تلاش براي يافتن حالت جديدي از ماده دريافتند که الکترون‌هاي روي سطح مواد خاص، همانند ابرقهرمانان بسيار کوچک عمل مي‌کنند.

به گزارش سرويس فناوري ايسنا، اين الکترون‌ها به‌ شکلي شجاعانه از موانع صخره‌مانندي که توسط ميکروساختارهاي سطحي ناقص ايجاد مي‌شوند، عبور کرده و در برخي موارد به‌ طور مستقيم از دل اين موانع رد مي‌شوند.

اين رفتار الکتروني براي اولين بار است که مشاهده و ضبط مي‌شود و امکان توليد مدارات مجتمع سريعي را که اطلاعات را از طريق جريان الکترون‌ها ميان دو ابزار پردازش مي‌کنند، ايجاد مي‌کند.

اين مواد جديد قابليت از بين بردن گلوگاه‌هايي را که با کوچک‌تر شدن اتصالات فلزي ايجاد مي‌شوند، دارا هستند. اين کوچک شدن موجب مي‌شود که حتي نواقص بسيار کوچک اتمي در عملکرد اين اتصالات مشکل ايجاد كنند.

به ‌طور معمول نواقص ساختاري در مسير حرکت الکترون‌ها مشکل ايجاد مي‌کنند. با اين حال تئوري‌هاي اخير پيش‌بيني مي‌کنند که الکترون‌هاي روي سطح برخي مواد که حاوي عناصر خاصي همچون آنتيموان هستند، اين مشکل را نخواهند داشت.

دكتر علي يزداني، استاد فيزيک دانشگاه پرينستون که رهبري اين پژوهش را بر عهده داشته است مي‌گويد يکپارچگي جريان در اين مواد از شکل خاصي از موج الکتروني نشأت مي‌گيرد که به نظر مي‌رسد الگوي جريان را در اطراف هر نقص تغيير مي‌دهد.

الکترون‌ها مي‌توانند در تعداد محدودي از مواد ميان اتم‌ها جست و خيز كرده و درون اين مواد يا روي سطح آنها آزادانه حرکت کنند. اين الکترون‌هاي آزاد مسئول ايجاد جريان الکتريکي هستند. در بسياري از مواد الکترون‌هاي دروني بخش عمده جريان الکتريکي را حمل مي‌کنند و الکترون‌هاي سطحي تحرک بسيار پاييني دارند.

کار انجام شده در دانشگاه پرينستون بخشي از کار روي مواد خاصي محسوب مي‌شود که عايق‌هاي توپولوژيک ناميده مي‌شوند. اينها موادي هستند که در درون خود به‌عنوان عايق عمل کرده ولي اجازه حرکت الکترون‌ها را در سطح خود مي‌دهند.

اين رفتار زماني اتفاق مي‌افتد که يک ميدان مغناطيسي به‌صورت عمودي روي سطح ماده اعمال شود؛ به اين پديده اثر کوانتومي هال مي‌گويند.

در يک تحقيق بين‌المللي که بخشي از آن را گروهي از پژوهشگران دانشگاه پرينستون به رهبري پروفسور زاهد حسن برعهده داشته‌اند، نوع جديدي از عايق‌هاي توپولوژيک کشف شدند که اين رفتار را حتي زماني که ميدان مغناطيسي اعمال نمي‌شود، از خود بروز مي‌دهند.

توپولوژي يکي از حوزه‌هاي اصلي رياضي است که با ويژگي‌هايي سر و کار دارد که حتي هنگام تغيير شکل ماده، مثل کشيده شدن، خود را حفظ مي‌کنند.

بسياري از مواد «توپولوژيک» مانند آنتيموان در اقتصاد جهاني بسيار مهم بوده‌اند؛ با اين حال رسانايي سطحي غيرمعمول آنها تاکنون مطالعه نشده است.

بخشي از مشکل به سختي اندازه‌گيري جريان الکترون‌ها در سطح مربوط مي‌شود. اما محققان دانشگاه پرينستون از يک روش ميکروسکوپي خاص استفاده کرده‌اند که آنها را قادر مي‌كند از الکترون‌ها در سطح مواد به شکلي دقيق تصويربرداري كنند.

اين محققان با استفاده از ميکروسکوپ خاص خود دريافتند که الکترون‌هاي سطحي آنتيموان به‌ شکلي عجيب از نواقص ساختاري عبور مي‌کنند. اين نواقص در بسياري از مواد همچون مس مانع عبور الکترون‌ها مي‌شوند.

جزئيات اين تحقيق در شماره 15 جولاي مجله Nature منتشر شده است.

انتهاي پيام