في مختبرات فيزياء الأنظمة المعقدة وفيزياء المادة المكثفة في معهد وايزمان، تم اكتشاف ظاهرة غير عادية قد تؤدي في المستقبل، بحسب الباحثين، إلى تطوير أنظمة إلكترونية أسرع بكثير من الأنظمة الحالية
السرعة هي اسم اللعبة في المجموعة البحثية للبروفيسور نيريت دودوفيتز من قسم فيزياء الأنظمة المعقدة في معهد وايزمان للعلوم. يقوم أعضاء المجموعة بدراسة الظواهر القصيرة جدًا في الطبيعة، باستخدام ومضات من الضوء تقاس سرعتها بالأتو ثانية (الأتو ثانية هي جزء من مليار من مليار من الثانية). تسمح ومضات الضوء القصيرة هذه للعلماء بمراقبة العمليات الكمية المختلفة، بدءًا من النفق الكمي وحتى تفكك أو اندماج الجزيئات في تفاعلات كيميائية معينة. وحتى وقت قريب، كانت هذه الدراسات والتجارب المتقدمة تُجرى على المادة في الحالة الغازية. ثم دخل الطالبان الباحثان أييليت أوزان وجال أورنشتاين إلى مختبر البروفيسور دودوفيتز. واقترحوا محاولة إنشاء ومضات سريعة من الضوء في المادة الصلبة. تتكون المادة في الحالة الغازية من ذرات منفصلة، حيث تحتوي كل ذرة على عدد قليل من الإلكترونات، تتركز حول النواة. وفي المقابل، فإن بلورة المادة الصلبة تتكون من ذرات كثيرة مرتبة معًا وكمية هائلة من الإلكترونات منتشرة في جميع أنحاء البلورة.
وقد تم بالفعل إجراء مثل هذه التجارب على المواد الصلبة في العديد من المختبرات في العالم. وبما أن هذا تحدي تجريبي ونظري، الأمر الذي يتطلب تغييرًا كبيرًا في اتجاه بحثها، فقد كانت البروفيسورة دودوفيتز تناقش ما إذا كان يجب اختيار المضي قدمًا في هذا الاتجاه. ومع ذلك، جرفتها حماسة طلاب البحث، وبدأوا في التخطيط وبناء التجربة، بالتعاون مع البروفيسور بينجاي يان وأعضاء مجموعته من قسم فيزياء المواد المكثفة في المعهد.
وأدت التجارب الأولى إلى نتائج وصفها العلماء بأنها "غريبة". وهنا قد يكون من المفيد أن نتذكر أن العالم وكاتب الخيال العلمي، إسحاق عظيموف، قال إن "أهم عبارة في العلم هي: هذا غريب...". وأظهرت الظاهرة الغريبة الناتجة أن طيف الومضات السريعة يتكون من نوع من قوس قزح من "التلال والوديان". لعدة أشهر حاول العلماء فهم أصل هذا الشكل الطيفي الخاص وما هي المعلومات التي يمكن الحصول عليها منه.
يمكن للإلكترون، وهو جسيم كمي، أن يتواجد في حالة تراكب من الحالات الكمومية. على سبيل المثال، أن تكون في نفس الوقت في عدة حالات مختلفة تتميز بطاقة مختلفة. وحاول العلماء فهم العلاقة بين مستويات الطاقة هذه (الحالة الكمومية للإلكترون) وطيف الومضات السريعة.
البصيرة، كما يحدث غالبا، ظهرت فجأة، عندما لاحظ العلماء أن تراكبات معينة للإلكترون تخلق نوعا من "العدسة"، التي تركز انبعاث الومضات القصيرة في "تلال" تظهر في الطيف المقاس.
يقول البروفيسور دودوفيتز: "إن بنية مستويات الطاقة في المادة تحدد خصائصها الأساسية". "في المستقبل، نأمل أن نقيس قدرة ضوء الليزر بكثافة عالية على تغيير بنية المستويات "لحظيًا" - وبالتالي أيضًا خصائص المادة. على سبيل المثال، قد نقيس تغيرًا سريعًا جدًا في خصائص المادة، التي تتحول من عازل إلى موصل ثم تعود مرة أخرى. إن الفهم الجديد الذي توصلنا إليه قد يؤدي في المستقبل إلى إنشاء نوع جديد من الإلكترونيات، حيث تتم العمليات المختلفة بسرعات أكبر بكثير من أي شيء نعرفه اليوم."
لقد حددت النتائج والأفكار الجديدة بالفعل طموحات جديدة. في مختبر البروفيسور دودوفيتز، يفكرون بالفعل في الطرق التي سيكون من الممكن بها إنتاج قياس ديناميكي، مشابه لفيلم فيديو، والذي سيُظهر، "بالحركة البطيئة"، كيف بالضبط مستويات طاقة الإلكترون المقاس التغيير، أثناء تنفيذ العمليات التي تقاس مدتها الطبيعية بالأتوثانية.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 5
جميل جداً، ولكن إذا كان من الممكن تبسيط المفاهيم أكثر
ألم تكن هذه المقالة موجودة بالفعل؟
هذه المقالة لم تعد موجودة
"إن بنية مستويات الطاقة في المادة تحدد خصائصها الأساسية" - تغيير بنية المستويات سيغير المادة.
وماذا عنا؟ ما هي المادة التي نصنع منها؟ هل هناك أي شيء آخر غير الرغبة ينشطنا؟
إذا كان هناك اتفاق على أن الرغبة هي الجذر الذي تبدأ منه الظواهر، فربما يمكننا تشخيصها على أنها نمط مادي فريد لكل واحد منا.
والسؤال هو: هل يمكن لهذا النمط من المادة أن يتغير أيضًا؟ هل يمكن أيضًا تغيير جزيئات الرغبة تلك بإجراء خارجي؟ وإذا كان الأمر كذلك، ما هو الإجراء وماذا ستكون العواقب؟
غذاء للفكر…
بارد