دانشمندان حالت‌های جدید ماده را در یک سیستم دو بعدی شناسایی کردند

دانشمندان دانشگاه ایالتی جورجیا موفق به شناسایی حالت‌های جدید ماده در یک سیستم دوبعدی شدند. این تیم تحقیقاتی با بررسی پدیده پیچیده کوانتومی موسوم به اثر کوانتومی هال کسری (FQHE) به کشفیات کاملاً جدیدی دست یافتند. نتایج تحقیقات نشان می‌دهد که حالت‌های FQHE با اعمال جریان اضافی به شیوه‌های جدیدی تقسیم و تلاقی می‌کنند. پروفسور رامش جی مانی در این باره گفت: «یافته‌های اخیر ما مرزهای این حوزه را گسترش می‌دهد و بینش‌های جدیدی در مورد این سیستم‌های پیچیده ارائه می‌دهد.»

به گزارش سرویس اخبار فناوری تکنا، این دستاورد در شرایط بسیار سخت دمایی نزدیک به صفر مطلق (-273 درجه سانتی‌گراد) و میدان‌های مغناطیسی شدید تقریباً 100000 برابر قوی‌تر از زمین مشاهده شد. این شرایط پنجره‌ای منحصر به فرد به سوی حالت‌های برانگیخته این سیستم‌های کوانتومی ارائه می‌دهد. اوکشان ویجواردنا، عضو هیئت علمی دانشگاه جورجیا و ایالت، اظهار داشت: «نتایج بسیار جذاب هستند و مدتی طول کشید تا توضیح معقولی برای مشاهدات خود پیدا کنیم.»

در دنیای FQHE، ذرات می‌توانند دارای بارهای کسری باشند و به شیوه‌های شگفت‌انگیزی عمل کنند که از فیزیک کلاسیک تبعیت نمی‌کند. پروفسور مانی تاکید کرد: «تحقیقات در مورد اثرات کوانتومی هال کسری برای دهه‌ها یکی از تمرکزهای اصلی فیزیک ماده چگال مدرن بوده است، زیرا ذرات در فضای دوبعدی می‌توانند شخصیت‌های متعددی داشته باشند و بسته به شرایط، شخصیت متفاوتی از خود نشان دهند. علاوه بر این، تحقیقات در این زمینه زیربنای فناوری‌هایی است که روزانه از آن‌ها استفاده می‌کنیم، مانند تلفن‌های همراه، رایانه‌ها و سلول‌های خورشیدی.

تیم تحقیقاتی از اجزای نیمه‌رسانای با تحرک بالا ساخته شده از آرسنید گالیوم و آلومینیوم گالیوم آرسنید برای ایجاد یک محیط دوبعدی استفاده کرد که حرکت بدون مانع الکترون‌ها را تسهیل می‌کند. با معرفی یک جریان اضافی، آن‌ها شاهد تقسیم شگفت‌انگیز و تقاطع بعدی حالت‌های FQHE بودند که پدیده‌ای است که تاکنون مشاهده نشده بود. ویجواردنا اظهار داشت: «این اولین بار است که این یافته‌های تجربی را در مورد دستیابی به حالت‌های برانگیخته حالت‌های کوانتومی هال کسری با اعمال بایاس جریان مستقیم گزارش می‌دهیم. این مشاهده نشان‌دهنده وجود حالت‌های کاملاً جدید ماده است. مانی توضیح داد: «مطالعه سنتی اثرات کوانتومی هال کسری را مانند کاوش در طبقه همکف یک ساختمان در نظر بگیرید. مطالعه ما در مورد جستجو و کشف طبقات فوقانی – آن سطوح هیجان‌انگیز و ناشناخته – و فهمیدن ظاهر آن‌ها است.