يمكن لقوانين النقل الكمي المطبقة على عرض الشارع ثلاثي الأبعاد لنوع معين من البلورات أن تضع مكابح على اندفاع الإلكترون.
في إطار البحث عن مواد جديدة يمكن أن تحتوي على حالات جديدة وغريبة للمادة، أجرى الفيزيائيون في جامعة رايس في الولايات المتحدة تجربة أجبرت الإلكترونات العائمة الحرة على البقاء في مكانها.
تُلاحظ هذه الظاهرة في المواد التي تكون الإلكترونات محصورة فيها بعدين فقطوهذه هي المرة الأولى التي يتم فيها ملاحظة ذلك في شبكة معدنية بلورية ثلاثية الأبعاد تسمى البيروكلور. تمنح هذه التقنية الباحثين أداة جديدة لاستكشاف الوظائف الأقل تقليدية للجسيمات الذكية الحاملة للشحنة.
“نحن نبحث عن الأجسام التي لها حالات جديدة من المادة أو ميزات رائعة جديدة لم يتم اكتشافها بعد.” هو يقول عالم الفيزياء بجامعة رايس مينغ يي.
يمكن وصف الضوء بطرق تشبه الموجات وشبه الجسيمات، بالإضافة إلى الوحدات البنائية للذرات.
من المهم أن نفهم كيف ينسق السلوك الكمومي الموجي للإلكترونات نشاطها في ظل ظروف معينة. عند تبريدها، يمكن لموجات الإلكترون أن تتحد مع بعضها البعض، مما يسمح لها بالانزلاق عبر المواد الصلبة مثل الأشباح، مما يؤدي إلى إنشاء مواد موفرة للطاقة تسمى الموصلات الفائقة.
يمكن التلاعب بسلوك الإلكترون بطرق أخرى. من خلال الجمع بين النسب الصحيحة للعناصر معًا، تعمل التقاطعات الفريدة التي تعمل مثل إشارات المرور على تقليل الصخب الفوضوي للمشاة والركاب. الهندسة مخيبة للآمال.
البيروكلوروس المعادن المعقدة لها تركيبة مفيدة لمختلف الأغراض البحثية والصناعية. إن إنشاء واحد من خليط من النحاس والفاناديوم والكبريت أعطى الباحثين معدنًا محبطًا هندسيًا يمكنه تحويل موجات الإلكترون إلى نقاط اختناق.
“إن تأثير التداخل الكمي هذا يشبه التموجات على سطح البركة والالتقاء وجهاً لوجه.” هو يقول يي.
“إن الاصطدام يخلق موجة دائمة. وفي حالة المواد الشبكية المحبطة هندسيًا، فإن وظائف الموجة الإلكترونية هي التي تتداخل بشكل مدمر.”
هذه تقنية التحليل الطيفي البصري ذو الزاوية المحددة وقد سمح للفريق بقياس طاقة وسرعة الإلكترونات في الشبكة ثلاثية الأبعاد، مما يدل على أن أحدهما لا يعتمد على الآخر كالمعتاد.
في هذا المكان غير العادي يسمى الفرقة المسطحةتخضع التفاعلات بين الإلكترونات السلبية لمجموعة مختلفة من القواعد التي يمكن – من الناحية النظرية – أن تزود الفيزيائيين بطريقة جديدة لفهم الظواهر الكهرومغناطيسية مثل الموصلية الفائقة.
على الرغم من ملاحظة إلكترونات موضعية مماثلة في المواد ثنائية الأبعاد المعروفة باسم شبكات كاجومي، فإن ظهور شريط مسطح من الأمواج التي تتداخل مع الشبكات ثلاثية الأبعاد يوفر دليلًا يؤدي إلى نوع جديد من المواد.
“البيروكلور ليس اللعبة الوحيدة في المدينة” هو يقول جامعة رايس الفيزيائي كيمياو سي.
“هذا مبدأ تصميم جديد يسمح للنظريين بالتعرف المبكر على المواد التي تنشأ فيها العصابات المسطحة بسبب التفاعلات الإلكترونية القوية.”
تم نشر هذه الدراسة الفيزياء الطبيعية.
