‘Işık Hızındaki’ Elektronların İlk Kez 4 Boyutta Hareket Ettiği Keşfedildi

Elektronların anlaşılması zor davranışı nihayet gerçek malzemedeki elektronların daha sıradan aktivitesinden izole edildi.

Ehime Üniversitesi’nden Ryuhei Oki liderliğindeki bir fizikçi ekibi, bis(etilen ditiyo)-tetrathiafulvalen adı verilen süper iletken bir polimerdeki sözde Dirac elektronlarını ölçtü. Bunlar, onları etkili bir şekilde kütlesiz hale getiren, daha çok foton gibi davranmalarına ve ışık hızında salınmalarına olanak tanıyan koşullar altında var olan elektronlardır.

Elektron

Işık Hızı nedir

Işığın hızı, boşlukta saniyede tam olarak 299.792.458 metreye (saniyede yaklaşık 300.000 kilometre; saniyede 186.000 mil; saatte 671 milyon mil) eşit olan evrensel bir fiziksel sabittir. Özel görelilik teorisine göre c, sıradan madde veya enerjinin uzayda hareket edebilme hızının üst sınırıdır. Işık hızı doğanın temel bir sabiti olarak kabul edilir ve önemi, elektromanyetik dalgaların özelliklerini tanımlamadaki rolünün çok ötesine geçer. Işık hızı saniyede 186.000 mil gibi evrensel bir maksimum hıza ulaşabilir ve görünüşte anında gerçekleşebilir. Işığın hızı, lazerler kullanılarak yalnızca 0,001 hatayla doğru bir şekilde ölçülür.

Peki Elektron Nedir

Elektron, negatif elektrik yüküne sahip, büyüklük olarak protonun yüküne eşit fakat işaret olarak zıt olan kararlı bir atom altı parçacıktır. Proton ve nötronların aksine elektronlar daha da küçük yapı taşlarından oluşmaz. Her elektron bir birim negatif yük taşır (1,602 x 10-19 coulomb) ve bir nötron veya protonun kütlesiyle karşılaştırıldığında çok küçük bir kütleye sahiptir. Elektronlar bir atoma bağlı veya serbest (bağlanmamış) olabilir. Elektriksel olarak nötr atomlar/moleküller eşit sayıda elektron ve protona sahip olmalıdır. Electron, OpenJS Vakfı ve aktif bir katkıda bulunanlar topluluğu tarafından sürdürülen açık kaynaklı bir projedir.

Araştırmacılar, bu keşfin topolojik materyallerin (içeride elektronik yalıtkan ve dışarıda iletken gibi davranan kuantum materyalleri) daha iyi anlaşılmasına yol açacağını söylüyor.

Süper iletkenler, yarı iletkenler ve topolojik malzemeler, özellikle kuantum bilgisayarlardaki potansiyel uygulamaları açısından giderek daha önemli hale geliyor. Ancak bu malzemeler ve davranışları hakkında hala bilmediğimiz çok şey var.

Dirac elektronları, kuantum davranışını anlamak için bir doz özel görelilik gerektiren olağandışı koşullardaki normal eski elektronları ifade eder. Burada üst üste binen atomlar, elektron bir kısmını, üstün enerji verimliliğine sahip malzemelerin etrafından sıçramalarına olanak tanıyan garip bir alana yerleştirir.

Teorik fizikçi Paul Dirac’ın neredeyse bir asır önce öne sürdüğü denklemlere dayanarak artık bunların var olduğunu biliyoruz; grafen ve diğer topolojik materyallerde keşfedildiler.

Ancak Dirac elektronlarının potansiyelini anlamak için onları daha iyi anlamamız gerekiyor ve fizikçiler de tam bu noktada bir sorunla karşı karşıya kalıyor. Dirac elektronları standart elektronlarla bir arada bulunur, bu da tek bir türü net bir şekilde tanımlamanın ve ölçmenin çok zor olduğu anlamına gelir.

Oka ve meslektaşları, elektron spin rezonansı adı verilen bir özelliği kullanarak bunu başarmanın bir yolunu buldular. Elektronlar dönen yüklü parçacıklardır; Bu dönen yük dağılımı nedeniyle her birinin bir manyetik dipolü vardır. Böylece, bir malzemeye manyetik alan uygulandığında, içindeki tüm eşleşmemiş elektronların dönüşleriyle etkileşime girerek dönüş durumlarını değiştirebilir.

Bu teknik, fizikçilerin eşleşmemiş elektronları tespit etmesine ve gözlemlemesine olanak tanır. Ve Oka ve diğer araştırmacıların keşfettiği gibi, Dirac elektronlarının bis(etilenditiyo)tetrathiafulvalen içindeki davranışını doğrudan gözlemlemek ve onları farklı spin sistemleri olarak standart elektronlardan ayırmak için de kullanılabilir.

Ekip, Dirac elektronunun tam olarak anlaşılması için dört boyutta tanımlanması gerektiğini buldu. Standart üç uzamsal boyut vardır: x, y ve z eksenleri; Ve sonra dördüncü boyutu temsil eden elektron enerji düzeyi vardır.

Araştırmacılar makalelerinde şöyle açıklıyor: “Üç boyutlu bant yapıları dört boyutlu uzayda temsil edilemediğinden, burada önerilen analiz yöntemi, başka türlü temsil edilemeyen bant yapıları hakkında önemli ve kolay anlaşılır bilgilerin sunulması için genel bir yol sağlar.” . ” almak.”

Bu ölçümleri kullanarak Dirac elektronunu analiz eden araştırmacılar, daha önce bilmediğimiz bir şeyi öğrenmeyi başardılar. Hareketinizin hızı sabit değildir; Daha ziyade malzemedeki manyetik alanın sıcaklığına ve açısına bağlıdır.

Bu, artık Dirac elektron davranışını anlamamıza yardımcı olacak yapbozun başka bir parçasına sahip olduğumuz anlamına geliyor; bu parça, onların özelliklerinden gelecek teknolojilerde yararlanmaya yardımcı olabilir.

Bu yazı Materials Advances adresinden derlenmiştir.

Yorum yapın