دانشمندان یک "ذره هیبریدی" کشف کردند

به گزارش آی‌ای، گروهی از فیزیک‌دانان مؤسسه فناوری ماساچوست(MIT) یک ذره هیبریدی(ترکیبی) را کشف کرده‌اند که می‌تواند راه را برای توسعه دستگاه‌های الکترونیکی کوچک‌تر و سریع‌تر در آینده هموار کند.

این ذره هیبریدی که ترکیبی از یک الکترون و یک فونون(شبه‌ذره‌ای که از ارتعاش اتم‌ها در یک ماده تشکیل می‌شود) است، در یک ماده مغناطیسی عجیب و دو بعدی شناسایی شد.

شبه ذره یا برانگیزش دسته جمعی عبارت است از ظهوریافتگی در سامانه پیچیده میکروسکوپی جامداتی که ذرات‌شان برهمکنش‌های ضعیفی در فضاهای خالی بین‌شان دارند. برای مثال، یک الکترون در نیمه‌رسانا می‌تواند جابجا شود. این جابجایی و حرکت به دلیل برهمکنش با هسته اتم و الکترون‌های دیگر، باید پیچیده و در مسیر پیچیده‌ای باشد، اما به نظر می‌رسد الکترونی با جرمی متفاوت، در حال جابجا شدن به صورت غیرآشفته در فضاهای خالی است. این الکترون که جرم متفاوتی دارد را شبه ذره الکترون می‌نامند.

با این حال بر اساس مطالعه‌ای که در مجله Nature Communications منتشر شده است، احتمالاً جالب‌ترین جنبه این کشف این است که وقتی دانشمندان نیروی بین الکترون و فونون را اندازه‌گیری کردند، مشاهده کردند که چسب یا پیوند ۱۰ برابر قوی‌تر از آنچه قبلاً برای سایر الکترون-فونون‌های شناخته شده تخمین زده شده بود، در آن وجود دارد.

محققان این ذره هیبریدی را در "تری‌سولفید فسفر نیکل"(NiPS۳) شناسایی کردند که یک ماده دو بعدی با ویژگی‌های مغناطیسی است که اخیراً مورد توجه قرار گرفته است. آنها به منظور استنباط فعل و انفعالات ذرات مختلف درون ماده، از یک لیزر فوق سریع استفاده کردند که پالس‌های نوری با طول مدت تنها ۲۵ فمتوثانیه ساطع می‌کند و به سمت نمونه‌ای از "NiPS۳" نشانه رفته است.

هنگامی که خاصیت مغناطیسی فعال می‌شد، این ذره هیبریدی فقط در زیر دمای معینی قابل مشاهده بود و پیوند قدرتمندی که آنها مشاهده و اندازه‌گیری کردند، نشان می‌دهد که الکترون و فونون ممکن است پشت سر هم تنظیم شوند و از هم تاثیر بگیرند. این بدان معناست که هر تغییری در الکترون بر فونون تأثیر می‌گذارد و بالعکس. به عنوان مثال، اعمال ولتاژ یا نور به ذره هیبریدی، الکترون را به طور معمول تحریک می‌کند و همچنین فونون را تغییر می‌دهد که بر خواص ساختاری یا مغناطیسی ماده تأثیر می‌گذارد. چنین تنظیم دوگانه‌ای می‌تواند به دانشمندان این امکان را بدهد که نه تنها خواص الکتریکی یک ماده، بلکه مغناطیس آن را با اعمال ولتاژ یا نور به آن تغییر دهند.

"نوح گدیک" استاد فیزیک در MIT در یک بیانیه مطبوعاتی می‌گوید: تصور کنید اگر بتوانیم یک الکترون را تحریک کنیم و مغناطیس واکنش نشان دهد، سپس می‌توان دستگاه‌هایی را با روشی که امروزه کار می‌کنند به شکل بسیار متفاوت ساخت.

امکانات و کاربردهای حاصل از این کشف واقعاً نامحدود است، زیرا اگر بتوان آن را مدیریت کرد، شاید از طریق ذرات هیبریدی تازه کشف شده روزی بتوان از این ماده به عنوان شکل جدیدی از نیمه رسانای مغناطیسی استفاده کرد. این کشف منجر به توسعه دستگاه‌های کوچک‌تر، سریع‌تر و کم‌مصرف‌تر خواهد شد که به طور بالقوه نویدبخش عصر جدیدی برای دنیای الکترونیک است.