جریان کایرال؛ کشف حالتی جدید از ماده توسط دانشمندان

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به نقل از  «سای‌تک‌دیلی»، محققان وضعیت کوانتومی جدیدی از ماده را با جریان های کایرال شناسایی کرده اند که به طور بالقوه انقلابی در الکترونیک و فناوری های کوانتومی ایجاد می کند. این پیشرفت که از طریق مشاهده مستقیم با استفاده از سنکروترون Elettra ایتالیا تایید شده است، کاربردهای گسترده ای در حسگرها، زیست پزشکی و انرژی های تجدیدپذیر دارد.

جریان‌ کایرال در مقیاس اتمی و از طریق حرکت هم‌افزایانه (cooperative movement) الکترون‌ها ایجاد می‌شوند که بر خلاف مواد مغناطیسی متعارف هستند. جریان کایرال یک پدیده کوانتومی است که در آن ذرات بدون پراکندگی در یک جهت حرکت می کنند. این پدیده در سیستم های مختلفی از جمله ابررساناها و مایعات کوانتومی مشاهده شده است. ویژگی‌های آنها از خصوصیات کوانتومی یک الکترون موسوم به چرخش و نظم و آرایش آنها در کریستال ناشی می‌شود.

این جریان‌ها در مقیاس اتمی توسط حرکت مشارکتی الکترون‌ها ایجاد می‌شوند، برخلاف مواد مغناطیسی معمولی که خواص آن‌ها از ویژگی کوانتومی یک الکترون به نام اسپین و ترتیب آن‌ها در کریستال سرچشمه می‌گیرد.

اهمیت جریان کایرال (Chirality)

کایرالیته یک ویژگی بسیار مهم در علم است. در پدیده کوانتومی کشف‌شده، کایرالیته جریان‌ها با مطالعه برهم‌کنش بین نور و ماده، که در آن یک فوتون قطبی مناسب می‌تواند یک الکترون را از سطح ماده با حالت اسپینی کاملاً مشخص ساطع کند، شناسایی شد.

این کشف که در Nature منتشر شده است، دانش ما را در مورد مواد کوانتومی، جستجوی فازهای کوانتومی کایرال و پدیده‌هایی که در سطح مواد رخ می‌دهند، به میزان قابل توجهی غنی می‌کند.

کاربردها و پیامدهای بالقوه

فدریکو ماتزولا، محقق فیزیک ماده چگال در دانشگاه Ca’ Foscari ونیز و رهبر این تیم تحقیقاتی، توضیح می دهد:

کشف وجود این حالت های کوانتومی، ممکن است راه را برای توسعه نوع جدیدی از الکترونیک که از آن استفاده می کند هموار کند. جریان های کایرال به عنوان حامل های اطلاعات به جای بار الکترون. علاوه بر این، این پدیده‌ها می‌توانند پیامد مهمی برای کاربردهای آینده مبتنی بر دستگاه‌های اپتوالکترونیکی کایرال جدید و تأثیر زیادی در زمینه فناوری‌های کوانتومی برای حسگرهای جدید و همچنین در زمینه‌های زیست پزشکی و انرژی‌های تجدیدپذیر داشته باشند.

کشف و تأیید

این مطالعه برگرفته از یک پیش‌بینی نظری است. آن مستقیماً و برای اولین بار وجود این حالت کوانتومی را تأیید کرد. که تاکنون مرموز و مبهم، به لطف استفاده از سنکروترون Elettra ایتالیایی است. تا پیش از این، دانش در مورد وجود این پدیده در واقع به پیش بینی های نظری برای برخی مواد محدود می شد. مشاهده آن بر روی سطوح جامدات آن را برای توسعه دستگاه های الکترونیکی بسیار نازک بسیار جالب می کند.

این گروه تحقیقاتی که شامل شرکای ملی و بین المللی از جمله دانشگاه Ca’ Foscari ونیز، موسسه Spin، موسسه CNR Materials Officina و دانشگاه سالرنو است. پدیده ماده ای را که قبلاً برای جامعه علمی به دلیل خواص الکترونیکی آن شناخته شده بود، بررسی کردند. و برای کاربردهای ابررسانا اسپینترونیک، اما اکتشاف جدید دامنه وسیع تری دارد. و بسیار کلی تر است و برای طیف وسیعی از مواد کوانتومی قابل استفاده است.

این مواد انقلابی در فیزیک کوانتومی و توسعه فعلی فناوری‌های جدید ایجاد می‌کنند، با خواصی که بسیار فراتر از آن چیزی است که توسط فیزیک کلاسیک توصیف شده است.