تويت
كان من المعروف سابقًا أنّ المادة تظهر في ثلاث حالات رئيسية: الصلب، السائل, والغاز. ثم ظهرت البلازما، متكثفات بوز- أينشتاين، والموائع فوق الحرجة وغيرها. أما الأن فقد تمّ الكشف عن حالة جديدة من حالات المادة سُميت الدروبليتونات “dropletons” أو القطيرات الكمّيّة، والتي تشبه السّوائل إلى حدٍ ما ولكنها تحدث فى ظروف مختلفة تماماً.
ففى دراسة جديدة نُشرت بالمجلة العلمية المرموقة Nature تمّ اكتشاف الحالة الجديدة عندما قام فريق من جامعة كولورادو بمختبر المعهد المشترك للفيزياء الفلكية بتركيز شعاع ليزر ضوئي على زرنيخيد غاليوم ثلاثي (GaAs) لتكوين أكسيتونات.
الأكسيتونات تنشأ عندما يصطدم فوتون بمادةٍ معينة، أشباه الموصلات بالتّحديد. فما أن يتمّ إطلاق إلكترون من مداره حتى يخلف وراءه ما يُدعى بـ”ثقب الإلكترون”. ولو كانت قوى الشحنات الأخرى المجاورة تجعل الإلكترون قريب كفاية ليشعر بإنجذاب للثقب، تنشأ حالة أشكال مقيدة تُعرف بالأكسيتونات. تعرف الأكسيتونات أيضًا بأشباه الجسيمات “quasiparticles” لأن الإلكترونات والثقوب يتصرفون معًا كجسيم واحد.
إذا بدا لك هذا الكلام صعب الفهم، فاعتبر أنّ أشباه الموصلات هي خلايا شمسية، وتكوّن الأكسيتونات هى خطوة محتملة لتوليد الطاقة الكهربية. الفهم الأفضل لطريقة تكوّن الأكسيتونات وسلوكها سيُمكننا من تصنيع خلايا شمسية أكثر فاعلية.
استطاع الخريج أندرو ألمند-هانتر تخليق أكسيتونات ثنائية – أي أكسيتونان يعملان معاً كجزئ واحد، و لكن التجارب لم تكن كما توقعها، حيث توقع الفريق زيادة الأكسيتونات الثنائية مع تولّد إلكترونات وثقوب جديدة بفعل الليزر، ولكن ما حدث بالفعل هو إنخفاض في الطّاقة.
توصّل الباحثون إلى أنهم لم يصنعوا أكسيتونات ثنائية، ولكنهم قاموا بتخليق شيء آخر لا يعرفوه، لذلك أستشاروا علماء فيزياء نظريّة من جامعة فيليبس، والذين اقترحوا أن الباحثون ربما خلّقوا قطرات رباعية أو خماسية أو سادسية من الإلكترونات والثقوب، وقام بوضع نموذج لسلوكهم.
الدروبليتونات صغيرة كفاية لتخضع لقوانين ميكانيكا الكم، ولكن فى هذه الحالة، الإلكترونات والثقوب غير مقترنة، كما سيحدث لو كانت هذه الدروبليتونات مجرد مجموعة من الأكستونات، ولكن عوضاً عن ذلك تشكل مجموعة من “الضباب الكمي” من الإلكترونات والثقوب التى تتدفق حول بعضها البعض وتتموج مثل السوائل بدلاً من التصرف كأزواج منفصلة. ولكن على خلاف السوائل التى نعرفها، فالدروبليتونات لها أحجام محددة، خارجها ينهار إتحاد الألكترونات والثقوب.
ففى دراسة جديدة نُشرت بالمجلة العلمية المرموقة Nature تمّ اكتشاف الحالة الجديدة عندما قام فريق من جامعة كولورادو بمختبر المعهد المشترك للفيزياء الفلكية بتركيز شعاع ليزر ضوئي على زرنيخيد غاليوم ثلاثي (GaAs) لتكوين أكسيتونات.
الأكسيتونات تنشأ عندما يصطدم فوتون بمادةٍ معينة، أشباه الموصلات بالتّحديد. فما أن يتمّ إطلاق إلكترون من مداره حتى يخلف وراءه ما يُدعى بـ”ثقب الإلكترون”. ولو كانت قوى الشحنات الأخرى المجاورة تجعل الإلكترون قريب كفاية ليشعر بإنجذاب للثقب، تنشأ حالة أشكال مقيدة تُعرف بالأكسيتونات. تعرف الأكسيتونات أيضًا بأشباه الجسيمات “quasiparticles” لأن الإلكترونات والثقوب يتصرفون معًا كجسيم واحد.
إذا بدا لك هذا الكلام صعب الفهم، فاعتبر أنّ أشباه الموصلات هي خلايا شمسية، وتكوّن الأكسيتونات هى خطوة محتملة لتوليد الطاقة الكهربية. الفهم الأفضل لطريقة تكوّن الأكسيتونات وسلوكها سيُمكننا من تصنيع خلايا شمسية أكثر فاعلية.
استطاع الخريج أندرو ألمند-هانتر تخليق أكسيتونات ثنائية – أي أكسيتونان يعملان معاً كجزئ واحد، و لكن التجارب لم تكن كما توقعها، حيث توقع الفريق زيادة الأكسيتونات الثنائية مع تولّد إلكترونات وثقوب جديدة بفعل الليزر، ولكن ما حدث بالفعل هو إنخفاض في الطّاقة.
توصّل الباحثون إلى أنهم لم يصنعوا أكسيتونات ثنائية، ولكنهم قاموا بتخليق شيء آخر لا يعرفوه، لذلك أستشاروا علماء فيزياء نظريّة من جامعة فيليبس، والذين اقترحوا أن الباحثون ربما خلّقوا قطرات رباعية أو خماسية أو سادسية من الإلكترونات والثقوب، وقام بوضع نموذج لسلوكهم.
الدروبليتونات صغيرة كفاية لتخضع لقوانين ميكانيكا الكم، ولكن فى هذه الحالة، الإلكترونات والثقوب غير مقترنة، كما سيحدث لو كانت هذه الدروبليتونات مجرد مجموعة من الأكستونات، ولكن عوضاً عن ذلك تشكل مجموعة من “الضباب الكمي” من الإلكترونات والثقوب التى تتدفق حول بعضها البعض وتتموج مثل السوائل بدلاً من التصرف كأزواج منفصلة. ولكن على خلاف السوائل التى نعرفها، فالدروبليتونات لها أحجام محددة، خارجها ينهار إتحاد الألكترونات والثقوب.