مثير للإعجاب

اكتشف العلماء خاصية كمية غير محتملة من الجرافيت

اكتشف العلماء خاصية كمية غير محتملة من الجرافيت

اكتشف الباحثون أن الجرافيت الأكبر يُظهر تأثير هول الكمومي بطرق رائعة ، مما يفتح مجالات جديدة للبحث في الفيزياء.

مراقبة تأثير القاعة الكمية خارج نظام ثنائي الأبعاد

اكتشف العلماء في جامعة مانشستر بالمملكة المتحدة ، بقيادة الدكتور أرتيم ميششينكو ، والبروفيسور فولوديا فالكو ، والبروفيسور أندريه جيم ، تأثير القاعة الكمومية (QHE) في الجرافيت السائب ، وهو عبارة عن بلورة ذات طبقات مصنوعة من طبقات مكدسة من الجرافين.

راجع أيضًا: الباحثون يقدمون تقنية طباعة الجرافين التي تستخدم شاشات الحرير للإلكترونيات المرنة

النتائج التي توصلوا إليها ، والتي نُشرت في مجلة Nature Physics ، لم تكن متوقعة ، حيث من المفترض أن تقتصر QHE على الأنظمة المعروفة باسم الأنظمة ثنائية الأبعاد ، حيث تقتصر حركة الإلكترونات على مستوى واحد ولا يمكن أن تتحرك بشكل عمودي.

استخدم الباحثون بلورات الجرافيت المشقوق المحمية بواسطة نيتريد البورون سداسي الطبقات. تتوافق أجهزتهم مع هندسة Hall Bar ، مما يمكنهم من قياس نقل الإلكترونات في الجرافيت.

"القياسات كانت بسيطة للغاية." يشرح عضو فريق البحث والمؤلف الأول للورقة ، الدكتور جون يين. "لقد مررنا تيارًا صغيرًا على طول شريط Hall ، وطبقنا مجالًا مغناطيسيًا قويًا عموديًا على مستوى شريط Hall ثم قمنا بقياس الفولتية المتولدة على طول الجهاز وعبره لاستخراج المقاومة الطولية ومقاومة Hall."

قال فالكو ، الذي عمل على الجزء النظري من الورقة ، "لقد فوجئنا تمامًا عندما رأينا تأثير هول الكمي (QHE) - سلسلة من الهضاب الكمية في مقاومة Hall - مصحوبًا بصفر مقاومة طولية في عيناتنا . وهي سميكة بما يكفي لتتصرف مثل نصف المعدن العادي الذي يجب أن يُحظر فيه QHE.

تم العثور على خصوصيات أخرى

ومن النتائج المدهشة الأخرى أن عدد طبقات الجرافين الموجودة في الجرافيت - وتحديدًا ما إذا كان هناك عدد فردي من الطبقات أو عدد زوجي - أثر على ملاحظاتهم حول QHE.

ووجدوا أن الموجات الواقفة لنوعين مختلفين من الإلكترونات في الجرافيت أدت إلى انخفاض فجوات طاقة QHE عندما كان هناك عدد فردي من طبقات الجرافين في الجرافيت وفعلت ذلك حتى عندما كان هناك مئات طبقات الجرافين.

كانت النتيجة المدهشة الأخرى اكتشاف QHE (FQHE) - الذي يختلف عن QHE الطبيعي وهو نتاج التفاعلات بين الإلكترونات التي تؤدي إلى ظهور ظواهر مثل الموصلية الفائقة والمغناطيسية - في طبقات رقيقة جدًا من الجرافيت.

قال ميشينكو: "يمكن تفسير معظم النتائج التي لاحظناها باستخدام نموذج إلكترون واحد بسيط ، لكن رؤية FQHE تخبرنا أن الصورة ليست بهذه البساطة". "هناك الكثير من التفاعلات بين الإلكترون والإلكترون في عينات الجرافيت لدينا في مجالات مغناطيسية عالية ودرجات حرارة منخفضة ، مما يدل على أن فيزياء الأجسام المتعددة مهمة في هذه المادة."

استعادة بعض من أضواء الجرافين

احتل الجرافيت المرتبة الخلفية منذ سنوات حتى الآن في الجرافين ، ولكن يأمل الباحثون أن يظهر عملهم أن مادة الجرافيت الأكبر حجمًا لا تزال تستحق دراسة كبيرة.

قال ميشينكو: "إن عملنا هو نقطة انطلاق جديدة لمزيد من الدراسات حول هذه المادة ، بما في ذلك فيزياء الأجسام المتعددة ، مثل موجات الكثافة ، أو تكثيف الإثارة ، أو تبلور فيغنر".

قال جايم: "لعقود من الزمن ، استخدم الباحثون الجرافيت كنوع من" حجر الفلاسفة "الذي يمكنه تقديم جميع الظواهر المحتملة وغير المحتملة بما في ذلك الموصلية الفائقة في درجة حرارة الغرفة". "يُظهر عملنا ما هو ممكن ، من حيث المبدأ ، في هذه المادة ، على الأقل عندما تكون في أنقى صورها."


شاهد الفيديو: #ما هو الزمن - تعريف الزمن + الزمن مادة الحياة - كيفية الأستفادة من الزمن (كانون الثاني 2022).