کاوشگر اسکن با پیچش رفتار موجی الکترون را مشاهده می کند

هنگامی که میکروسکوپ تونل زنی روبشی اولین بار در دهه 1980 آغاز شد و نتیجه آن انفجاری در فناوری نانو و تحقیقات دستگاه های کوانتومی بود. از آن زمان، انواع دیگری از میکروسکوپ‌های کاوشگر روبشی توسعه یافته‌اند و با هم به محققان کمک کرده‌اند تا نظریه‌های انتقال الکترون را پیدا کنند. اما این تکنیک‌ها الکترون‌ها را در یک نقطه بررسی می‌کنند، در نتیجه آنها را به‌عنوان ذره مشاهده می‌کنند و فقط ماهیت موجی آن‌ها را غیرمستقیم می‌بینند. اکنون، محققان موسسه علوم ویزمن در اسرائیل یک کاوشگر روبشی جدید - میکروسکوپ پیچشی کوانتومی - ساخته‌اند که ویژگی‌های موج کوانتومی الکترون‌ها را مستقیماً تشخیص می‌دهد.

می‌گوید: «این در واقع یک نوک کاوشگر اسکن با یک تداخل سنج در راس آن است. شاهال ایلانی، رهبر تیم محققان یک نوک کاوشگر روبشی را با گرافیت فوق نازک، نیترید بور شش ضلعی و یک کریستال واندروالس مانند گرافن پوشانده‌اند که به راحتی روی نوک آن مانند یک چادر با سطحی مسطح به عرض حدود 200 نانومتر می‌چرخد. انتهای صاف کلید عملکرد تداخل سنج دستگاه است. به جای یک تونل الکترونی بین یک نقطه در نمونه و نوک، تابع موج الکترونی می تواند در چندین نقطه به طور همزمان تونل بزند.

می‌گوید: «با کمال تعجب متوجه شدیم که انتهای صاف به‌طور طبیعی می‌چرخد تا همیشه با نمونه موازی باشد». جان بیرکبک، نویسنده مسئول مقاله ای که این کار را توصیف می کند. این خوش شانسی است زیرا هر شیب فاصله تونل زنی و در نتیجه قدرت را از یک طرف فلات به سمت دیگر تغییر می دهد. Birkbeck می‌گوید: «تداخل این مسیرهای تونل‌زنی است، همانطور که در جریان اندازه‌گیری شده مشخص شده است، که عملکرد منحصربه‌فرد کاوش موج کوانتومی را به دستگاه می‌دهد.

آزمایش دو شکاف

این تداخل مشابه اثرات شلیک الکترون ها به صفحه ای با دو شکاف در آن است، مانند آزمایش معروف دو شکاف یانگ، به عنوان مثال. ارز برگ توضیح می دهد. برگ، همراه با آدی استرن, بینهای یان و یووال اورگ منجر به درک نظری ابزار جدید شد.

اگر اندازه گیری کنید که ذره از کدام شکاف می گذرد - مانند آنچه با اندازه گیری های سایر تکنیک های کاوشگر اسکن اتفاق می افتد - رفتار موج از بین می رود و تنها چیزی که می بینید ذره است. با این حال، اگر ذره را رها کنید تا با موقعیت تقاطع خود ناشناخته عبور کند، دو مسیر موجود الگویی از تداخل سازنده و مخرب ایجاد می‌کنند، مانند امواجی که از دو سنگریزه رها شده در یک حوض در کنار هم موج می‌زنند.

برگ می‌گوید: «از آنجایی که الکترون فقط می‌تواند در جایی که تکانه آن بین کاوشگر و نمونه مطابقت دارد تونل بزند، دستگاه مستقیماً این پارامتر را اندازه‌گیری می‌کند، که برای نظریه‌هایی که رفتار جمعی الکترون را توضیح می‌دهند، کلیدی است.»

در واقع ایده اندازه گیری تکانه یک الکترون با استفاده از تداخل مسیرهای تونل زنی موجود آن به کار جیم آیزنشتاین در Caltech در دهه 1990. با این حال، محققان ویزمن به لطف دو پیشرفت انفجاری از آن زمان، با برخی از نوآوری‌های کلیدی، کارها را چندین سرعت بالا می‌برند. اینها هستند جداسازی گرافن انجام تحقیقات در مورد کریستال های اتمی نازک واندروالس مشابه؛ و متعاقب آن اثرات یک پیچش به صورت تجربی مشاهده شده است در جهت گیری مواد لایه لایه واندروالس.

هنگامی که با پیچ و تاب لایه لایه می شوند، موادی مانند گرافن یک شبکه موآر تشکیل می دهند، این نام از منسوجاتی گرفته شده است که در آن توری پارچه کمی از بین رفته است و اثرات بامزه ای روی چشم شما می گذارد. الکترون‌های موجود در این مواد دوبعدی موآر در معرض پتانسیل این شبکه موآر مصنوعی اضافی قرار می‌گیرند که دارای دوره‌ای است که توسط زاویه پیچش تعیین می‌شود. از این رو، چرخش در زوایای نسبی بین دو لایه کریستال واندروالس با استفاده از یک روتاتور پیزوالکتریک بر روی میکروسکوپ پیچشی کوانتومی، اندازه‌گیری دامنه حرکتی بسیار وسیع‌تری را نسبت به میدان‌های مغناطیسی که قبلاً ممکن بود، و همچنین کاوش در بسیاری از موارد ممکن می‌سازد. سایر پدیده های الکترونیکی نیز دستگاه natty همچنین مطالعه طیف وسیعی از کریستال های واندروالس و سایر مواد کوانتومی را آسان می کند.

از مشکل به راه حل

پس از کشف اثرات پیچشی، مردم مشتاق بودند که مواد را در زوایای پیچش مختلف آزمایش کنند. با این حال، آنها مجبور بودند فرآیند پرزحمت تولید مجدد هر دستگاه را برای هر زاویه پیچش طی کنند. اگرچه امکان چرخاندن از طریق زوایای یک دستگاه واحد وجود داشت، پیچش تمایل دارد در زوایای خاصی قفل شود، جایی که اساساً بازی برای آزمایش تمام شده است. در میکروسکوپ پیچشی کوانتومی، ماده نازک اتمی روی نوک دارای چسبندگی قوی در امتداد دو طرف نوک و همچنین انتهای آن است، به طوری که نیروهای خالص به راحتی بر جاذبه بین دو لایه کریستال واندروال از پروب و نمونه، حتی برای اینها، بیشتر است. جذاب ترین زوایای پیچش این چالش‌های ساختگی بود که محققان وایزمن در ابتدا برای مقابله با آن تلاش کردند.

کشف "گرافن با زاویه جادویی" که مانند یک ابررسانا در دمای بالا عمل می کند. دنیای فیزیک موفقیت سال 2018

پیشگام گرافن پیچ خورده کوری دینکه با این تحقیق درگیر نبود، توضیح می دهد که چگونه برخی از جزئی ترین درک از سیستم های لایه پیچ خورده از کاوشگرهای اسکن روی آنها حاصل می شود. به این ترتیب هر منطقه با پیچ و تاب منحصر به فرد خود، هرچند کنترل نشده، می تواند شناسایی شود و به عنوان وسیله خاص خود در نظر گرفته شود. دین، که در دانشگاه کلمبیا است، می‌گوید: «در رویکرد ویزمن، آن‌ها این گام را به سمت یک مسیر واقعا خلاقانه برداشته‌اند که در آن کنترل زاویه پیچ و آنالیز طیف‌سنجی در یک پلتفرم ادغام شده‌اند. "این ایده، که دستگاه نیز ابزار است، ترکیبی نادر و هیجان انگیز در سیستم های ماده متراکم است." او همچنین تاکید می کند که دستگاه به سیستم های لایه پیچ خورده محدود نمی شود.

ایلانی درباره اختراع تیمش می‌گوید: «راستش هر هفته نوع جدیدی از اندازه‌گیری را کشف می‌کنیم که می‌توانید با میکروسکوپ تابشی کوانتومی انجام دهید – این یک ابزار بسیار همه کاره است». به عنوان مثال، محققان همچنین می توانند نوک را به سمت پایین فشار دهند تا اثرات فشار را بررسی کنند، که فاصله بین لایه های واندروالس را کاهش می دهد. بیرکبک می‌گوید: «آزمایش‌هایی روی مواد دوبعدی با فشار انجام می‌شود، همچنین در زمینه گرافن با زاویه جادویی. ما به فشارهای قابل مقایسه ای با میکروسکوپ تابشی کوانتومی رسیده ایم اما اکنون با توانایی تنظیم سریع و پیوسته آن در محل"

نتایج در گزارش شده است طبیعت.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• پلاتوبلاک چین. Web3 Metaverse Intelligence. دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/scanning-probe-with-a-twist-observes-electrons-wavelike-behaviour/