ثبت حرکت الکترون ها در مقیاس اتوثانیه ممکن شد

ثبت حرکت الکترون ها در مقیاس اتوثانیه ممکن شد

گردو دانلود: دانشمندان آمریکایی و آلمانی موفق شده اند حرکت الکترون ها را در مقیاس اتوثانیه (10 به توان منفی 18 ثانیه) ثبت کنند که ابزاری مهم را برای محاسبه های کوانتومی ارائه می دهد.



به گزارش گردو دانلود به نقل از ایسنا و به نقل از نیو اطلس، الکترون ها در دستگاه های الکترونیکی به سرعت حرکت می کنند، آن قدر سریع که مشاهده آنچه در آنجا می گذرد، دشوار است. حالا مهندسان دانشگاه های میشیگان آمریکا و رگنسبورگ آلمان یک «اتوکلاک» (attoclock) ساخته اند که می تواند تصاویر فوری از الکترون ها را در مقیاسی به کوچکی کوئینتیلیونم ثانیه(۱۰ به توان منفی ۱۸ ثانیه) بگیرد.

در کامپیوتر های فعلی، سرعت ساعت در مقیاس نانوثانیه اندازه گیری می شود که یک میلیاردم ثانیه است. در صورتیکه این مقیاس برای آنچه ما امروز استفاده می نماییم به اندازه کافی سریع است، کامپیوترهای کوانتومی این پتانسیل را دارند که سرعت کارها را به شدت بالا برند و در آن صورت ما به ابزارهای مناسب نیاز خواهیم داشت.

ماکیلو کیرا (Mackillo Kira)، نویسنده اصلی این پژوهش می گوید: پردازنده کامپیوتر فعلی شما بر حسب گیگاهرتز کار می کند که معادل یک میلیاردم ثانیه در هر عملیات است. در محاسبات کوانتومی، این بسیار کند است، برای اینکه الکترون های درون یک تراشه کامپیوتری تریلیون ها بار در ثانیه با هم برخورد می کنند و هر برخورد، چرخه محاسبات کوانتومی را خاتمه می دهد. آنچه ما برای پیشبرد عملکرد به آن نیاز داشتیم، تصاویر فوری از حرکت الکترون است که میلیاردها برابر سریع تر باشد و الان آنرا داریم.

دستگاه جدید، اندازه گیری ها را در مقیاس زمانی کاملاً متفاوتی انجام می دهد که اتوثانیه (attosecond) نام دارد و معادل یک کوئینتیلیونم ثانیه یا ۱۰ به توان منفی ۱۸ ثانیه است.

اگر بخواهیم بفهمیم که این بازه زمانی چقدر کوتاه است، باید بگوییم که نسبت یک اتوثانیه به یک ثانیه مانند نسبت یک ثانیه است به ۳۱.۷۱ میلیارد سال یا دو برابر عمر جهان.

ناگفته نماند که ثبت زمان در مقیاسی به این کوچکی چالش برانگیز است، اما پژوهشگران سیستم جدیدی را توسعه داده اند که به آنها این امکان را می دهد. این تکنیک شامل دو پالس نوری با انرژی هایی است که با الکترون ها مطابقت دارند. اولی یک پالس نور فروسرخ است که الکترون ها را به حالتی می رساند که بتوانند در یک ماده نیمه رسانا حرکت کنند. سپس، یک پالس تراهرتز(THz) با انرژی کمتر اعمال می شود که الکترون ها را به مسیرهایی می فرستد تا برخوردهای رودررو را رقم بزنند. این یک جرقه از نور تولید می کند و زمان دقیق این جرقه ها را می توان برای آشکار کردن برهمکنش های کوانتومی و جزییات دیگر تحلیل و بررسی کرد.

کیرا می گوید: ما از دو پالس استفاده کردیم، یکی که از نظر انرژی با حالت الکترون مطابقت دارد و سپس پالس دوم که موجب تغییر حالت می شود. ما اساساً با این روش می توانیم فیلمبرداری نماییم که چگونه این دو پالس حالت کوانتومی الکترون را تغییر می دهند و سپس آنرا به عنوان تابعی از زمان بیان می نماییم.

این تیم پژوهشی می گوید، دستگاه هایی مانند این نمونه، اولین گام به سمت کامپیوتر های کوانتومی بهتر با ارتقای درک ما از نحوه حرکت، رفتار و تعامل الکترون ها در مواد هستند.

نتایج این پژوهش در مجله Nature انتشار یافته است.







منبع:

1401/07/22
22:45:32
5.0 / 5
181
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)

تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب
لطفا شما هم نظر دهید
= ۵ بعلاوه ۳