للمرة الأولى! العلماء يراقبون السلوك الكمومي للإلكترونات الساخنة
تمكن العلماء لأوَّل مرَّة من الوصول إلى طريقة تسمح لهم بمراقبة السلوك الكمومي للإلكترونات على سطح. هذه الاكتشافات تمثل خطوة طموحة نحو الأمام بخصوص إمكانية السيطرة والتحكم في الطاقة العالية أو الإلكترونات ‘الساخنة’.
من أجل ذلك قام الباحثون باستعمال مجهر ضوئي لحقن الإلكترونات على سطح من السيليكون، مزيَّن بجزيئاتالتولووين. عندما تنتشر الشحنة المحقونة من القمة، تقود الجزيئات إلى التفاعل وترتفع عن السَّطح.
وقد تمكن فريق البحث من اكتشاف تحكم ميكانيكا الكم في الإلكترونات قريبًا من القمة عبر القياس الدقيق للمواقع الذريَّة التي انطلقت منها الجزيئات في عملية الحقن، ثم بعد ذلك لاحظ الباحثون أنَّها تنهج سلوكًا أكثر كلاسيكيَّة.
وجد الباحثون أنَّ الارتفاع الجزيئي كان “منخفض” في منطقة أقرب إلى نقطة حقن الشحنة، لأن السلوك الكلاسيكي كان مكبوحًا. ارتفع عدد التفاعلات قرب القمة بسرعة حتى وصل إلى نصف قطر 15 نانومتر بعيدًا، قبل أن يلاحظوا اختفاء بطيء نسبيًّا للتفاعلات بعد تلك النقطة مع الحفاظ على السلوك الكلاسيكي في نصف هذا القطر، حيث يتغيَّر السلوك من الكموميَّة إلى الكلاسيكيَّة، إذن يمكن أن يتغيَّر بتنويع طاقة الإلكترونات المحقونة.
البحث المنشور في Nature Communications، هو نتيجة تعاون جارٍ بين جامعتي بيرمنجهام (Birmingham) وباث (Bath).
ويشرحُ البروفيسور ريتشارد بالمر (Richard Palmer) من جامعة بيرمنجهام التجربة قائلًا: “عندما يتم التقاط إلكترون من طرف جزيءالتولووين، نرى الجزيء يرتفع من على السطح مثل مسبار أبولو وهو يغادر سطح القمر. بمقارنة صور السطح قبل العملية وبعدها نقوم بقياس نمط مواقع إقلاع هذه الجزيئات ونكشف عن سلوك الإلكترونات بطريقة لم تكن ممكنة من قبل.”
يضيف في موضعٍ آخر: ” تعتمد هذه الاكتشافات بشكل جوهري على درجة حرارة الغرفة. إنها تُظهِر السلوك الكمومي للإلكترونات وهو أمر يسهل الوصول إليه في درجة حرارة تقارب الصفر المطلق (-273°C). وتقترح هذه الاكتشافات إمكانية عمل الأجهزة الكموميَّة ذريَّة السلم دون الحاجة إلى خزان من الهيليوم السائل المُبرّد.”
يضيف الدكتور بيتر سلووان (Peter Sloan) من جامعة باث، من جهته: “الإلكترونات الساخنة ضروريَّة في عدد من العمليَّات بحيث أن بعض التكنولوجيات تعتمد عليها بشكلٍ كامل.
لكن مراقبتها صعبة للغاية وذلك يعود لدورة حياتها القصيرة، حوالي جزء من المليون من المليارمن الثانية. تقنية التصوُّر هذه تمنح لنا مستوى جديد تمامًا من الفهم.”
الآن وبعد أن طوَّر الفريق الطريقة الجديدة في تصور النقل الكمومي، الهدف القادم سيكون فهم كيفية التحكم والسيطرة على الدالة الموجيَّة للإلكترون. قد يكون ذلك بحقن الإلكترونات من خلال تجمُّع للذرات المعدنية، أو عن طريق التلاعب بالأسطح ذاتها من أجل استغلال الآثار الكموميَّة للإلكترونات.
آثار إمكانية التلاعب بسلوك الإلكترونات الساخنة وصلت إلى مراحل متقدمة من تعزيز فعاليَّة الطاقة الشمسيَّة، إلى تطوير استهداف العلاج الإشعاعي في علاج السرطان.
إعداد : وليد سايس
تدقيق بدر الفراك
المصدر
