خوش آمدید

جستجو

تبلیغات





مشاهده اتم‌های در حال گذار به کمک میکروسکوپ فرمیونی

    پژوهشگران مستقر در آمریکا موفق شده‌اند تا از اتم‌های منفرد یک گاز فوق سرد فرمیونی هنگام گذار از فاز فلز به عایق نواری و سپس به یک عایق مات، تصویر برداری کنند.

    این مطالعه در نوع خود اولین است به طوری که چنین گذاری را با حساسیت تک ذره و تک سایت از گاز فرمیونی ثبت کرده‌اند. درحای که چنین آزمایشهایی به طور معمول با ذرات فوق سرد شدۀ بوزونی انجام می‌شوند، انجام دادن همان نوع با ذرات فرمیونی بسیار چالش برانگیز است، چرا که سرد سازی فرمیون‌ها بسیار مشکل است. اگرچه دست آورد آن برای فیزیکدانان بیشتر است چرا که اتم‌‌های فرمیونی مطابقتِ (رفتاری) بیشتری با الکترون‌های یک جامد دارند و بنابراین چنین آزمایش‌هایی می‌تواند در درک سیستمهای حالت جامد مانند ابررساناهای دمای بالا کمک نماید. فرمینوها ذراتی با اسپین نیم صحیح هستند که بوسیله اصل طرد مقید می‌شوند چنان که هیچ دو فرمیون مشابهی نمی‌توانند یک حالت کوانتومی را اشغال کنند. فرمیون‌ها شامل بسیاری از ذرات بنیادی شامل کوارکها، الکترون‌ها، پروتون‌ها و نوترون‌ها می‌شوند و بنابراین رفتار جمعی آنها منجر به ساختارعناصر درون جدول تناوبی، ابررساناهای دمای بالا، ویژگی‌های هسته و بسیاری دیگر شده است.

     

    تصویر شفافی از: اتمهای فوق سرد شده لیتیم به عنوان یک عایق نواری

     

     

    سردسازی

    مطالعه اتم‌های گاز فوق سرد شدۀ فرمیونی با همبستگی قوی می‌تواند به فیزیکدانان در مطالعه طیف وسیعی از رفتارهای جمعی این نوع از سیستم‌ها کمک کند. اگرچه، خلق کردن و تصویر برداری از چنین سیستم‌هایی بدلیل حاکمیت اصل طرد برآنها و افزایش انرژی سیستم، درنتیجۀ افزودن ذره به آن، کمی مشکل است. خلق و تصویربرداری از گاز فرمیونی فوق سرد در یک شبکه اپتیکی تنها سال پیش توسط محققین میسّر شد چنان که فرمیون‌های جدا از هم، بطور آشکار مشخص شدند و برهمکنش‌های خاص بین آنها مستقیما" رصد شد. یک میکروسکوپ فرمیونی به فیزیکدانان حوزه کوانتوم اجازه می‌دهد تا به سمت مسائل پیچیده‌ای مانند اینکه چگونه برهم‌کنشهای قوی بین فرمیون‌ها منجر به سیستم‌های بس ذره‌ای کوانتومی مانند مایع اسپینی و ابررسانایی موج-d می‌شود؟ رخنه کنند. بررسی چنین سیستم‌هایی با دقت تک سایت درون یک شبکه می‌تواند دیدگاههای جدیدی از این پدیده را برایمان آشکار کند.

     

    گذارهای فرمیونی

    اکنون، دنیل گریف (Daniel Greif )، مارکوس گرینر (Markus Greiner) و دیگرهمکاران از دانشگاه هاروارد آمریکا، موفق به ساخت میکروسکوپ فرمیونی به کمک اتمهای فوق سرد لیتیم6 بدام افتاده در یک شبکه اپتیکی دو بعدی شده‌اند. تیم از آن استفاده کرد تا از یک سیستم در حال گذار از فاز فلز به عایق نواری و سپس به فاز عایق مات تصویربرداری کنند. در حالتی که انرژی برهمکنشی گاز در مقایسه با انرژی جنبشی کوچک باشد، اتم‌ها آزادانه به اطراف حرکت می‌کنند، با این شرط که هیچ دو فرمیونی اجازه اشغال یک سایت را ندارند مگر این که در حالت اسپینی متفاوتی باشند. از طرف دیگر، زمانی که انرژی برهمکنشی بین اتم‌ها افزایش می‌یابد، دافعه بین آنها نیز بیشتر می‌شود و منجر به محدود شدن اتم‌ها به پرش‌های بین سایتی می‌شود، یعنی یک گذار فاز در حال رخ دادن است. به عنوان مثال در حالت عایق مات دافعه بین اتمی چنان زیاد است که یک اتم توانایی پرش به سایت اتمی مجاورش را ندارد و از آنجایی که تمام سایتها شامل یک اتم است، اتمها توانایی حرکت را ندارد و مانند یک عایق رفتار می‌کنند، درست مانند الکترون‌ها در یک جامد. این نوع از حالت کوانتومی خود سامانده، در اصل می‌تواند آنتروپی کمی داشته باشد که آنرا کاندیدای مناسبی جهت مهندسی بقیه سیستم‌های بس ذره‌ای (کوانتومی) مورد نظر کرده است. به طور طبیعی اسپین اتم‌های در فاز مات به روی همدیگر تاثیر نمی‌گذارند و تنها موقعیت نسبی آنها مدّ نظر قرار دارد. در دماهای خیلی پایین پدیده‌ای بنام "ابرجایگشت" رخ می‌دهد که به موجب ان اسپین‌ها می‌بایست بطور هم‌جهت یا پادجهت همدیگر آرایش بگیرند.


    دیدگاه جدید

    در یک گفتگو بین سباستیان بلات (Sebastian Blatt) و physicsworld.com بیان می‌دارد که تیم آنها تکنیک میکروسکوپ فرمیونی ساخته شده در سال قبل، به کمک لیتیم6 را، توسعه داده است. به بیان بلات " تنها دو گونۀ فلزی با ایزوتوپ‌های فرمیونی که قابلیت خنک شدن از طریق لیزررا دارند اتم‌های قلیایی لیتیم6 و پتاسیم40 هستند." او همچنان اشاره می‌کند که ساختار اتمی فلزات به خودی خود نمی‌تواند منجر به تکنیک تصویربرداری فلوئورسانس مورد استفاده در میکروسکوپ‌های گاز کوانتومی شود. بنابراین رسیدن به یک تکنیک تصویربرداری با قابلیت تشخیص تک اتم و تک سایت خود گام بزرگی در این راستاست. او اضافه می‌کند که" ما اکنون قادر به اندازه گیری متغیرهای موضعی و همبستگی‌ها در این سیستم بس ذرهای کوانتومی هستیم. در واقع طبیعت فرمیونی اتم‌ها بسیار مهم است چرا که می‌تواند منجر به حالت‌های بسیارمتفاوتی از ماده نسبت به حالت بوزونی شود. اتم‌های فرمیونی لیتیم6 مورد استفادۀ ما نسبت به اتم‌های بوزونی مانند روبیدیم 87 به دلیل جرم نسبتا" کمتر و ویژگی فرمیونی، بسیار نزدیک به مشخصۀ الکترون‌ها درون جامدات هستند." این توانایی در مشاهده تجربی گازهای فوق سرد فرمیونی به بهبود درک ما از سیستمهای بس ذرهای با ذرات فرمیونی کمک خواهد نمود.

    منبع :

    انجمن فيزيك ايران

    Fermionic microscope watches individual atoms in transition

    نویسنده خبر: امیرحسین طالبی


    این مطلب تا کنون 8 بار بازدید شده است.
    منبع
    برچسب ها : فرمیونی ,عایق ,حالت ,اتم‌های ,کوانتومی ,سایت ,میکروسکوپ فرمیونی ,عایق نواری ,ذره‌ای کوانتومی ,انرژی برهمکنشی ,تکنیک تصویربرداری ,
    مشاهده اتم‌های در حال گذار به کمک میکروسکوپ فرمیونی

تبلیغات


    محل نمایش تبلیغات شما

پربازدیدترین مطالب

آمار

تبلیغات

محل نمایش تبلیغات شما

تبلیغات

محل نمایش تبلیغات شما

آخرین کلمات جستجو شده

تگ های برتر