جدیدترین مطالب را دنبال کنید

پیش‌بینی حالتی از ماده که همزمان رسانای کامل انرژی و الکتریسیته است

02:091160
FavoriteLoadingافزودن به علاقمندی

سه دانشمند از دانشگاه شیکاگو معتقدند راهی برای تولید ماده‌ای که همزمان الکتریسیته و انرژی را با بازدهی ۱۰۰ درصد منتقل کند یافته‌اند. در این حالت هیچ اتلافی به واسطه اصطکاک یا گرما وجود ندارد.

این دستاورد، در نشریه Physical Review B چاپ شده است و یک چارچوب برای نوع کاملا جدیدی از ماده پیشنهاد می‌دهد که می‌تواند کاربردهای فناوری بسیار مفیدی در جهان واقعی داشته باشد. اگرچه پیش‌بینی‌ بر اساس نظریه است، اما تلاش‌هایی برای آزمون تجربی این مدل در جریان است.

دیوید مازیوتی نویسنده همکار و پژوهشگر مشاور که استاد تمام شیمی است و متخصص در ساختار الکترونی مولکولی است می‌گوید:

ما شروع به پاسخ دادن به یک سؤال اساسی کردیم، تا ببینیم که آیا ممکن است- ما تصور کردیم این دو ویژگی (رسانایی الکتریکی و انتقال انرژی) ممکن است در یک ماده ناسازگار باشد. اما با تعجب دریافتیم که دو حالت در واقع در یک سطح کوانتومی درهم‌تنیده می‌شوند و یکدیگر را تقویت می‌کنند.

 

از آن‌جا که مقداری انرژی در خطوط جریان از دست می‌رود، دانشمندان علاقمندند تا جایگزین‌های بهینه‌تری را بیابند. مازیوتی می‌گوید:

به طرق مختلف، این مهم‌ترین سؤال قرن ۲۱ است، چطور انرژی را با کمترین اتلاف تولید و انتقال دهیم.

ما ابررساناها را بیش از یک قرن است که می‌شناسیم، نوعی از ماده که می‌تواند الکتریسیته را اتلاف تقریبا صفر تا ابد انتقال دهد. اما تنها در چند سال اخیر است که دانشمندان توانسته‌اند یک ماده مشابه در آزمایشگاه تولید کنند که بتواند انرژی را نیز با اتلاف تقریبا صفر منتقل کند که چگالش اگزایتون (Exciton Condensate) نامیده می‌شود.

هر دوی ابررساناها و چگالش اگزایتون‌ها مواد پیچیده‌ای برای ساخت و حفظ کارکرد هستند، تا حدی به این دلیل که دانشمندان کاملا ساز و کار آن‌ها را نمی‌شناسند و تئوری پشت آن ناقص است. اما ما می‌دانیم که هر دوی این پدیده‌ها مستلزم کنش فیزیک کوانتومی است.

دانشجوی ارشد دانشگاه شیکاگو لی‌ان سیگر درباره این‌که چطور هر دو حالت می‌تواند بطور همزمان در یک ماده ایجاد شود شروع به پرسش کرد. گروه تحقیقاتی مازیوتی در کاوشِ ویژگی‌ها و ساختارهای ماده و ترکیبات شیمیایی با استفاده از محاسبه متخصص هستند، بنابراین وی ترکیبات مختلفی را با استفاده از رایانه مدل‌سازی کرد. وی می‌گوید:

ما امکان‌های مختلفی را بررسی کردیم، و سپس با شگفتی، ناحیه‌ای را یافتیم که هر دوی حالت‌ها می‌تواند با هم وجود داشته باشد.

به نظر می‌رسد که در چیدمان صحیح، هر دو حالت واقعا درهمتنیده هستند- در همتنیدگی کوانتومی پدیده‌ای است که سیستم‌های کوانتومی بطور نامحسوسی با هم مرتبط می‌شوند. این اتفاق، مفهوم متداول که هر دو حالت با هم نامرتبط هستند را به چالش می‌کشد، و ممکن است زمینه جدیدی از چگالش دو گانه اگزایتون و جفت فرمیون را فراهم آورد.

با استفاده از ریاضیات پیشرفته، این گروه نشان دادند که چگالش دوگانه از نظر تئوری حتی در سطح ماکروسکوپی باید وجود داشته باشد و قابل مشاهده است.

سیگر می‌گوید:

این دلالت بر این دارد که چنین چگالش‌هایی ممکن است در مواد جدیدی مانند یک لایه دوتایی از ابررساناها قابل تولید هستند.

این دانشمندان با گروه‌های تجربی در حال همکاری هستند تا ببینند پیش‌‌بینی‌شان چگونه می‌تواند در مواد واقعی تحقق یابد.

شیوا صفایی محقق پسادکترا و نویسنده سوم مقاله می‌گوید:

این‌که بتوانیم ابررسانایی و چگالی اگزایتون را با هم ادغام کنیم بسیار جالب خواهد بود و کاربردهای متعدد الکترونیک، اسپنترونیک و محاسبات کوانتومی خواهد داشت. اگرچه این گام اول است، اما بسیار امیدبخش است.

0 0 vote
Article Rating
منبع
Phys org
لینک کوتاه
https://sciencetoday.ir/?p=6904

78 نوشته
حسین دارای دکترای فیزیک در گرایش کیهان‌شناسی است و علاقمند به گسترش دانش و آگاهی در جامعه است.
مشترک شوید
آگاه شوید
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x
کانال علم روز