11 مارس 2023 -توسط مایکل میلر، دانشگاه سینسیناتی -یاشار کمیجانی، فیزیکدان نظری دانشگاه سینسیناتی با یک تیم بین المللی از فیزیکدانان تجربی و نظری برای کشف خواص فلزات عجیب کار کرد. اعتبار: اندرو هیگلی/UC
فیزیکدانان در حال یادگیری بیشتر در مورد رفتار عجیب «فلزات عجیب» هستند که خارج از قوانین عادی الکتریسیته عمل می کنند.
یاشار کمیجانی، فیزیکدان نظری، استادیار دانشگاه سینسیناتی، در یک آزمایش بین المللی با استفاده از فلز عجیبی که از آلیاژ ایتربیوم، یک فلز خاکی کمیاب ساخته شده است، مشارکت داشت. فیزیکدانان در آزمایشگاهی در هیوگو، ژاپن، پرتوهای گاما را به سمت این فلز عجیب شلیک کردند تا رفتار الکتریکی غیرعادی آن را مشاهده کنند.
این مطالعه به رهبری هیسائو کوبایاشی با دانشگاه هیوگو و RIKEN در مجله Science منتشر شد. این آزمایش نوسانات غیرعادی را در بار الکتریکی این فلز عجیب نشان داد.
کمیجانی گفت: «ایده این است که در یک فلز، دریایی از الکترون ها در پس زمینه روی شبکه ای از یون ها حرکت می کنند. اما یک اتفاق شگفت‌انگیز با مکانیک کوانتومی رخ می‌دهد. شما می‌توانید عوارض شبکه یون‌ها را فراموش کنید. در عوض، آنها طوری رفتار می‌کنند که گویی در خلاء هستند.
کمیجانی سال هاست که در حال کاوش در اسرار فلزات عجیب و غریب در رابطه با مکانیک کوانتومی بوده است.
او گفت: “شما می توانید چیزی را در یک جعبه سیاه قرار دهید و من می توانم بدون اینکه حتی به آن نگاه کنید، چیزهای زیادی در مورد آنچه در داخل آن است به شما بگویم فقط با اندازه گیری مواردی مانند مقاومت، ظرفیت گرما و رسانایی.”
اما وقتی صحبت از فلزات عجیب و غریب به میان می‌آید، نمی‌دانم چرا آنها رفتاری را که انجام می‌دهند نشان می‌دهند. رمز و راز این است که در داخل این سیستم عجیب چه اتفاقی می‌افتد. این سوال است.
فلزات عجیب مورد توجه طیف وسیعی از فیزیکدانانی هستند که همه چیز را از فیزیک ذرات گرفته تا مکانیک کوانتومی مطالعه می کنند. یکی از دلایل این است که رسانایی عجیب و غریب آنها، حداقل در دماهای بسیار سرد، که به آنها پتانسیل ابررسانایی برای محاسبات کوانتومی می دهد.
پیر کولمن، یکی از نویسندگان این مطالعه، استاد برجسته دانشگاه راتگرز، گفت: «چیزی که در مورد این نتایج جدید واقعاً هیجان‌انگیز است، این است که آنها بینشی جدیدی از ماشین‌های درونی این فلز عجیب ارائه می‌دهند.
او گفت: “این فلزات بوم را برای اشکال جدید ماده الکترونیکی – به ویژه ابررسانایی عجیب و غریب و دمای بالا” فراهم می کنند.
کلمن گفت که هنوز زود است که در مورد فناوری های جدیدی که فلزات عجیب و غریب ممکن است الهام بخشند، حدس بزنیم.
کلمن می گوید: «گفته می شود پس از کشف الکترومغناطیس توسط مایکل فارادی، ویلیام گلادستون، صدراعظم بریتانیا، پرسید که این الکترومغناطیس برای چه چیزی مفید است. فارادی پاسخ داد در حالی که نمی دانست اما مطمئن است که روزی دولت از آن مالیات خواهد گرفت.
اکتشافات فارادی دنیایی از نوآوری را گشود.
کلمن گفت: «ما در مورد فلز عجیب و غریب همین احساس را داریم. “فلزات امروزه چنین نقش مرکزی ایفا می کنند – مس، فلز معمولی کهن الگویی، در همه دستگاه ها، همه خطوط برق، در اطراف ما وجود دارد.”
کلمن گفت که فلزات عجیب و غریب روزی می توانند به همان اندازه در فناوری ما در همه جا حاضر شوند.
آزمایش ژاپن تا حدی به دلیل روشی که محققان ذرات گاما را با استفاده از یک شتاب دهنده ذرات به نام سنکروترون ایجاد کردند، پیشگامانه بود.
کمیجانی گفت: «در ژاپن از یک سینکروترون مانند سرن [سازمان تحقیقات هسته‌ای اروپا] استفاده می‌کنند که پروتون را شتاب می‌دهد و آن را به دیوار می‌کوبد و پرتو گاما ساطع می‌کند. بنابراین آنها یک منبع پرتوهای گاما بدون استفاده از مواد رادیواکتیو دارند.”
محققان از طیف‌سنجی برای بررسی تأثیر پرتوهای گاما بر روی این فلز عجیب استفاده کردند.محققان همچنین سرعت نوسانات بار الکتریکی فلز را بررسی کردند که فقط یک نانوثانیه – یک میلیاردم ثانیه طول می کشد. کمیجانی گفت که ممکن است فوق العاده سریع به نظر برسد.
او گفت: با این حال، در دنیای کوانتومی، یک نانو ثانیه یک ابدیت است. “برای مدت طولانی ما متعجب بودیم که چرا این نوسانات واقعاً اینقدر آهسته هستند. ما با همکاران به نظریه ای رسیدیم مبنی بر اینکه ممکن است ارتعاشات شبکه وجود داشته باشد و در واقع همینطور بود.”
