أشباه الموصلات الجديدة

ويحسن هذا الاكتشاف فهمنا للتفاعلات بين الإلكترونات في مجموعة متنوعة من المواقف، بما في ذلك فهم سلوكها داخل الأجهزة الإلكترونية الضوئية.

استخدم الفيزيائيون ليزرًا عالي السرعة للكشف عن أشباه جسيمات جديدة لأشباه الموصلات - وهي جسيمات تتبلور بسرعة إلى قطرات تشبه السائل. ويحسن هذا الاكتشاف فهمنا للتفاعلات بين الإلكترونات في مجموعة متنوعة من المواقف، بما في ذلك فهم سلوكها داخل الأجهزة الإلكترونية الضوئية.

استخدم فيزيائيون من المعهد المشترك للفيزياء الفلكية المختبرية (JILA) في الولايات المتحدة ليزرًا متعدد السرعات لاكتشاف أشباه جسيمات جديدة لأشباه الموصلات التي تشكل في النهاية قطرة سائلة. تتكون أشباه الجسيمات من جزيئات أصغر محاصرة داخل المواد الصلبة ويمكن أن تتصرف بطريقة يمكن التنبؤ بها. مثال صغير هو الإكسيتون، الزوج الذي يتكون من إلكترون و"الثقب" الذي جاء منه، وهو مكان في بنية الطاقة للمادة حيث كان من المفترض أن يتواجد الإلكترون، لكنه كان غائبا عن هناك.

 

وفي نفس الموضوع على موقع العلوم :

• قبل مؤتمر نانو إسرائيل 2014: ظهرت 206 شركة ناشئة جديدة خلال السنوات الست منذ الإعلان عن مجال تكنولوجيا النانو كمشروع وطني
• ما هو بين الجرافين والحوسبة الكمومية؟
• تعتزم ناسا وجوجل استخدام نوع من الكمبيوتر الكمي

 

شبه الجسيم الجديد، الموصوف في مقال نشر في 27.02.2014 فبراير 25 في مجلة الطبيعة العلمية المرموقة، هو عبارة عن اقتران مجهري للإلكترونات والثقوب في مجموعة غير متزاوجة ومبتكرة. يطلق الباحثون على هذه الحالة الجديدة اسم "القطرة الكمومية" لأنها تمتلك خصائص كمومية معروفة، مثل مستويات الطاقة عالية الترتيب، ولكنها تمتلك أيضًا العديد من خصائص السائل. الحالة، على سبيل المثال، يمكن أن تخلق موجات مشابهة للسائل. ويختلف الوضع عن السوائل العادية، كالماء مثلاً، حيث أن الطرف الكمي له حجم محدود، وخارجه يختفي الاتصال بين الإلكترونات والثقوب. على الرغم من أن عمر الحالة الجديدة قصير للغاية حيث يبلغ XNUMX بيكو ثانية (تريليون من الثانية)، إلا أن الإعصار الكمي مستقر بما يكفي للباحثين لدراسة كيفية تفاعل الضوء المسلط عليه مع هذه الأشكال الخاصة من المادة.

يوضح عالم الفيزياء ستيفن كونديف: "تُعرف قطيرات ثقب الإلكترون في المواد شبه الموصلة، ولكنها تحتوي عادةً على آلاف الملايين من الإلكترونات والثقوب". "في الحالة الجديدة نحن نتحدث عن قطرات تحتوي على خمسة إلكترونات وخمسة ثقوب فقط." ابتكر الباحثون شبه الجسيم الجديد عن طريق إثارة مادة شبه موصلة من زرنيخيد الغاليوم باستخدام ليزر أحمر متعدد السرعات يُبث بتردد 100 مليون نبضة في الثانية. في الخطوة الأولى، يقوم الليزر بإنشاء الإكسيتونات، التي تتحرك داخل أشباه الموصلات. مع زيادة قوة الليزر، يتم تشكيل المزيد والمزيد من أزواج ثقب الإلكترون وتتشكل المصائد الكمومية عندما تصل كثافة الإكسيتون إلى قيمة عتبة. عند هذه النقطة يختفي الاقتران ويتم وضع عدد من الإلكترونات في مصفوفة محددة بالنسبة إلى ثقب معين. تتصرف القطرات مثل الفقاعات التي يتم تجميعها معًا عن طريق الضغط القادم من البلازما المحيطة بها.

تتوافق البيانات التجريبية التي حصل عليها الباحثون فيما يتعلق بمستويات الطاقة للانخفاض الفردي مع الحسابات النظرية التي تم إجراؤها حتى قبل ذلك. واكتشف الباحثون أنهم يستطيعون التأثير على أي مستوى طاقة عن طريق تغيير الخصائص الكمومية لنبضات الليزر. يبدو في ظاهر الأمر أن الإعصار مستقر بدرجة كافية لإجراء دراسات مستقبلية مستمرة فيما يتعلق بالعلاقات المتبادلة بين الإشعاع وحالات المادة المحددة بشكل خاص والمخزنة داخله. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تتمتع أشباه الجسيمات بخصائص غريبة لا توجد في مواد أخرى معروفة، وبفضل هذه الخصائص تسمح بالتحكم في سلوك الأنظمة والأجهزة الأكبر حجمًا.
أخبار الدراسة