Ανακαλύφθηκαν ηλεκτρόνια με «ταχύτητας φωτός» που κινούνται σε 4 διαστάσεις για πρώτη φορά

Μια απίστευτη συμπεριφορά ηλεκτρονίων, κατάφεραν να απομονώσουν επιστήμονες σε ένα υλικό στον πραγματικό κόσμο. Μια ομάδα φυσικών με επικεφαλής τον Ryuhei Oka του Πανεπιστημίου Ehime μέτρησε αυτά που είναι γνωστά ως ηλεκτρόνια Dirac σε ένα υπεραγώγιμο πολυμερές που ονομάζεται bis(αιθυλενοδιθιο)-τετραθειαφουλβαλένιο. Αυτά είναι ηλεκτρόνια που υπάρχουν υπό συνθήκες που τα καθιστούν αποτελεσματικά χωρίς μάζα, επιτρέποντάς τους να συμπεριφέρονται περισσότερο σαν φωτόνια και να ταλαντώνονται με την ταχύτητα του φωτός.

Αυτή η ανακάλυψη θα επιτρέψει την καλύτερη κατανόηση των κβαντικών υλικών – τοπολογικών υλικών που συμπεριφέρονται ως ηλεκτρονικούς μονωτής στο εσωτερικό και σαν αγωγός στο εξωτερικό.

Αυτό θα δώσει μεγάλη ώθηση στους κβαντικούς υπολογιστές, καθώς οι υπεραγωγοί, οι ημιαγωγοί και τα τοπολιγικά υλικά κατανοούνται ακόμα περισσότερο. Υπάρχουν όμως αρκετά που δεν γνωρίζουμε για αυτά τα υλικά και τον τρόπο που συμπεριφέρονται.

Τα ηλεκτρόνια Dirac είναι τα απλά ηλεκτρόνια κάτω από εξαιρετικές συνθήκες που χρειάζονται μια δόση ειδικής σχετικότητας για να γίνουν κατανοητές οι κβαντικές συμπεριφορές τους. Στην συγκεκριμένη περίπτωση, μια επικάλυψη των ατόμων βάζει τα ηλεκτρόνια σε έναν περίεργο χώρο, που τους επιτρέπεται να πηδούν γύρω από υλικά με εξαιρετική ενεργειακή απόδοση.

Τα ηλεκτρόνια Dirac διατυπώθηκαν από τις εξισώσεις του θεωρητικού φυσικού Paul Dirac, έναν αιώνα πριν και τώρα γνωρίζουμε πως τα ηλεκτρόνια Dirac υπάρχουν. Καταφέραμε ήδη να τα ανιχνεύσουμε σε γραφένιο, αλλά και σε άλλα τοπολογικά υλικά.

Όμως για να αξιοποιήσουμε την δυναμική των ηλεκτρονίων Dirac, θα πρέπει να τα κατανοήσουμε καλύτερα, όμως οι φυσικοί αντιμετωπίζουν ένα πρόβλημα. Τα ηλεκτρόνια Dirac συνυπάρχουν με τα τυπικά ηλεκτρόνια, κάτι που κάνει δύσκολη την ανίχνευση και την μέτρηση τους με μεγάλη σαφήνεια.

Όμως ο Oka και οι συνάδελφοί του βρήκαν έναν τόπο για να το πετύχουν, κάνοντας χρήση μιας ιδιότητας που ονομάζεται spin ηλεκτρονίων. Τα ηλεκτρόνια είναι φορτισμένα σωματίδια που περιστρέφονται. Αυτή η περιστρεφόμενη κατανομή φορτίου τα κάνει να παρουσιάζουν ένα μαγνητικό δίπολο. Για αυτό τον λόγο, όταν ένα μαγνητικό πεδίο επηρεάζει ένα υλικό, αλληλοεπιδρά και με τα spin των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων, αλλάζοντας την κατάσταση της περιστροφής τους.

Με αυτή την τεχνική οι φυσικοί θα μπορούν να ανιχνεύσουν και να παρατηρήσουν ασύζευκτα ηλεκτρόνια. Όπως παρατήρησε όμως η ομάδα του Oka, η ίδια τεχνική μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την άμεση παρατήρηση των ηλεκτρονίων Dirac, στο bis(αιθυλενοδιθειο)-τετραθειαφουλβαλένιο, διακρίνοντας τα από τα απλά ηλεκτρόνια, που παρουσιάζουν διαφορετικά spin.

Μετά από μελέτη, η ομάδα διαπίστωσε πως για να κατανοηθεί πλήρως το ηλεκτρόνια Dirac, θα πρέπει να περιγράφει σε 4 διαστάσεις. Υπάρχουν οι τυπικές τρεις χωρικές διαστάσεις, οι άξονες x, y και z. και μετά υπάρχει το ενεργειακό επίπεδο του ηλεκτρονίου, το οποίο αποτελεί την τέταρτη διάσταση.

«Καθώς οι δομές 3D ζωνών δεν μπορούν να απεικονιστούν σε έναν τετραδιάστατο χώρο», εξηγούν οι ερευνητές στην εργασία τους , «η μέθοδος ανάλυσης που προτείνεται εδώ παρέχει έναν γενικό τρόπο παρουσίασης σημαντικών και εύκολα κατανοητών πληροφοριών τέτοιων δομών ζωνών που δεν μπορούν να αποκτηθεί διαφορετικά».

Τεράστια μπαταρία από άμμο θα μπορει να δώσει ενέργεια για ένα μήνα σε μια ολόκληρη πόλη

Από την παρατήρηση του ηλεκτρονίου Dirac, οι επιστήμονες κατάφεραν να καταλάβουν κάτι που δεν γνωρίζαμε πριν. Η ταχύτητα της κίνησής του δεν είναι σταθερή, αλλά εξαρτάται από την θερμοκρασία και την γωνία του μαγνητικού πεδίου, μέσα στο υλικό που ταξιδεύουν.

Με αυτή την ανακάλυψη ένα ακόμα κομμάτι του παζλ μπαίνει στην θέση του και μας βοηθά να κατανοήσουμε ακόμα περισσότερο τα ηλεκτρόνια Dirac και την συμπεριφορά τους. Αυτό το κομμάτι όμως, θα μπορέσει να αξιοποιηθεί στην μελλοντική μας τεχνολογία και τους κβαντικούς υπολογιστές.

techmaniacs.gr

Σχετικά με Κατοχικά Νέα

"Το katohika.gr δεν υιοθετεί τις απόψεις των αρθρογράφων, ούτε ταυτίζεται με τα ρεπορτάζ που αναδημοσιεύει από άλλες ενημερωτικές ιστοσελίδες και δεν ευθύνεται για την εγκυρότητα, την αξιοπιστία και το περιεχόμενό τους. Συνεπώς, δε φέρει καμία ευθύνη εκ του νόμου. Το katohika.gr , ασπάζεται βαθιά, τις Δημοκρατικές αρχές της πολυφωνίας και ως εκ τούτου, αναδημοσιεύει κείμενα και ρεπορτάζ, από όλους τους πολιτικούς, κοινωνικούς και επιστημονικούς χώρους." Η συντακτική ομάδα των κατοχικών νέων φέρνει όλη την εναλλακτική είδηση προς ξεσκαρτάρισμα απο τους ερευνητές αναγνώστες της! Ειτε ειναι Ψεμα ειτε ειναι αληθεια !Έχουμε συγκεκριμένη θέση απέναντι στην υπεροντοτητα πληροφορίας και γνωρίζουμε ότι μόνο με την διαδικασία της μη δογματικής αλήθειας μπορείς να ακολουθήσεις τα χνάρια της πραγματικής αλήθειας! Εδώ λοιπόν θα βρειτε ότι θέλει το πεδίο να μας κάνει να ασχοληθούμε ...αλλά θα βρείτε και πολλούς πλέον που κατανόησαν και την πληροφορία του πεδιου την κάνουν κομματάκια! Είμαστε ομάδα έρευνας και αυτό σημαίνει ότι δεν έχουμε μαζί μας καμία ταμπέλα που θα μας απομακρύνει από το φως της αλήθειας ! Το Κατοχικά Νέα λοιπόν δεν είναι μια ειδησεογραφική σελίδα αλλά μια σελίδα έρευνας και κριτικής όλων των στοιχείων της καθημερινότητας ! Το Κατοχικά Νέα είναι ο χώρος όπου οι ελεύθεροι ερευνητές χρησιμοποιούν τον τοίχο αναδημοσιεύσεως σαν αποθήκη στοιχείων σε πολύ μεγαλύτερη έρευνα από ότι το φανερό έτσι ώστε μόνοι τους να καταλήξουν στο τι είναι αλήθεια και τι είναι ψέμα και τι κρυβεται πισω απο καθε πληροφορια που αλλοι δεν μπορουν να δουν! Χωρίς να αναγκαστούν να δεχθούν δογματικές και μασημενες αλήθειες από κανέναν άλλο πάρα μόνο από την προσωπική τους κρίση! Δείτε όλα τα άρθρα του/της Κατοχικά Νέα →