جنرال لواء

يكتشف الفيزيائيون أدلة على خاصية جديدة للمادة الكمومية


ربما يكون الباحثون قد اكتشفوا خاصية لم يسبق اكتشافها من قبل للمادة الكمومية. أثبت فريق من معهد المادة الكمية في جامعة جونز هوبكنز أن بعض المواد الكمومية يمكن أن تظهر تقلبات ثنائية القطب الكهربائية.

هذه الحركات الفريدة هي اهتزازات غير منتظمة لأقطاب صغيرة مشحونة على المادة. لاحظ الباحثون أن هذه التذبذبات تحدث في درجات حرارة شديدة البرودة - تقريبًا 450 درجة فهرنهايت أو أقل.

لطالما تم وضع نظرية لهذه الحركة الخاصة ولكنها أثبتت حتى الآن. تم إنشاء المادة المعنية منذ أكثر من عقدين وتسمى k- (BEDT-TTF) 2Hg (SCN) 2 Br. تأتي المادة من مركبات عضوية ؛ ومع ذلك ، فإنه يتصرف مثل المعدن إلى حد كبير.

قالت عالمة الفيزياء ناتاليا دريتشكو: "ما وجدناه بهذه المادة الكمومية بالذات هو أنه حتى في درجات الحرارة شديدة البرودة ، لا تزال ثنائيات الأقطاب الكهربائية موجودة وتتقلب وفقًا لقوانين ميكانيكا الكم". يعمل دريتشكو كأستاذ باحث مشارك في الفيزياء بجامعة جونز هوبكنز.

أوضح دريتشكو سبب أهمية هذا الاكتشاف بالذات.

قال دريشكو ، كبير مؤلفي ورقة بحثية نُشرت في المجلة: "عادةً ما نفكر في ميكانيكا الكم كنظرية لأشياء صغيرة ، مثل الذرات ، لكننا هنا نلاحظ أن البلورة بأكملها تتصرف ميكانيكيًا كميًا".علم.

تشير الفيزياء التقليدية وفهم الحركة الجزيئية إلى أنه عندما تتجمد الأشياء ، تتباطأ حركتها الجزيئية إلى درجة التوقف. ومع ذلك ، أوضح دريتشكو أنه في فيزياء الكم ، تظل الحركة حتى في أبرد درجات الحرارة. وقالت: "هذا أحد الاختلافات الرئيسية بين الفيزياء الكلاسيكية والفيزياء الكمومية التي يستكشفها علماء فيزياء المادة المكثفة."

ثنائيات الأقطاب الكهربائية متساوية لكن الأقطاب مشحونة بشكل معاكس تفصل بينها مسافة هناك ثلاثة أنواع من ثنائيات الأقطاب في الدراسات الجزيئية. أولاً ، هناك ثنائيات أقطاب دائمة تتكون من ذرتين في جزيء لهما كهرسلبية مختلفة تمامًا.

في ثنائي القطب الدائم ، ستجذب ذرة إلكترونات أكثر من الأخرى ، مما يجعل إحداهما أكثر سلبية والأخرى أكثر إيجابية. (وتسمى هذه أيضًا الجزيئات القطبية.) النوع الثاني من ثنائي القطب هو ثنائيات أقطاب لحظية تحدث بالصدفة عندما تتركز الإلكترونات أكثر في منطقة واحدة من الجزيء.

هذا يخلق مؤقت ثنائي القطب. النوع الأخير هو ثنائيات أقطاب مستحثة تحدث عندما يصد جزيء إلكترونات آخر ويطلق عزم ثنائي القطب في ذلك الجزيء. إن ثنائيات الأقطاب التي درسها الفيزيائيون هي نفس الأنواع التي يمكن أن تسمح للشعر بالالتصاق مؤقتًا بالمشط عبر الكهرباء الساكنة. تتشكل ثنائيات الأقطاب على حافة المشط وتجذب الشعر.

استخدم فريق Drichko مختبر Raman الطيفي من أجل الحصول على المادة الكمومية في درجات الحرارة المنخفضة اللازمة لمراقبة النشاط النظري. أجريت الأعمال الأساسية في المختبر من قبل طالبة الدراسات العليا نورا حسن.

في المختبر ، ركزت حسن وزملاؤها الباحثون الضوء على بلورة المادة. استفادت الفرق من التقنيات الأخرى الموجودة في كل من الكيمياء والبيولوجيا لدراسة هذه التقلبات ثنائية القطب.

قام فريق Johns Hopkins أيضًا ببناء مقياس طيف مخصص ، وهو آلة أقوى 100 مرة من مطياف المختبر التقليدي. يمكن استخدام البحث في تطوير أنظمة الحوسبة الكمية ، وفي تطوير أنظمة الكم التي يمكن أن تعمل بكفاءة حتى في درجات الحرارة القصوى.


شاهد الفيديو: القوانين الأساسية لفيزياء الكم (كانون الثاني 2022).