Naukowcy opracowali nowe urządzenie kwantowe, które przekształca prąd elektryczny w skali nano w dźwięk



Naukowcy z Uniwersytetu McGill opracowali urządzenie, które wytwarza fonony – cząstki o właściwościach podobnych do dźwięku – w ekstremalnie niskich temperaturach. To przełomowe odkrycie może umożliwić stworzenie laserów fononowych i zrewolucjonizować dziedziny komunikacji, czujników oraz diagnostyki medycznej dzięki wykorzystaniu efektów kwantowych. Naukowcy z Uniwersytetu McGill opracowali urządzenie, które wytwarza cząstki o właściwościach podobnych do dźwięku w ekstremalnie niskich temperaturach. Cząstki te, zwane również fononami, mogą być wykorzystywane do produkcji laserów fononowych i oferują potencjalne zastosowania w technologii komunikacyjnej oraz diagnostyce medycznej.

Cytat:„Współczesna komunikacja opiera się w dużej mierze na świetle, w tym na falach elektromagnetycznych i prądach elektrycznych. W takich ośrodkach jak oceany może rozprzestrzeniać się dźwięk, natomiast światło i prądy elektryczne nie” – powiedział Michael Hilke.

Cytat:„Fale dźwiękowe mogą być również użytecznym narzędziem w ludzkim ciele” – dodał.

Michael Hilke, profesor nadzwyczajny fizyki i współautor badania opublikowanego w Physical Review Letters, wyjaśnił, że urządzenie zostało opracowane i przeanalizowane na Uniwersytecie McGill oraz w Narodowej Radzie Badań Kanady, a materiał został zsyntetyzowany na Uniwersytecie Princeton.

Dwuwymiarowa warstwa kryształu

Urządzenie przepuszcza prąd elektryczny przez dwuwymiarową warstwę kryształu i zatrzymuje elektrony w obszarze o grubości zaledwie kilku warstw atomowych. Naukowcy odkryli, że gdy elektrony są wzbudzane z wystarczającą siłą w tym kanale, uwalniają energię w postaci drgań podobnych do dźwięku, tzw. fononów, w przewidywalnych i regulowanych wzorach. Osiąga się to poprzez schłodzenie elementów do ekstremalnie niskich temperatur w zakresie od około 10 milikelwinów do 3,9 kelwina, co sprawia, że elektrony zachowują się w sposób bardziej kontrolowany i przewidywalny. W takich warunkach naukowcy mogą obserwować efekty kwantowe, w których materia wykazuje właściwości falowe, zamiast zachowywać się jak czyste cząstki ciała stałego.

Cytat:„W temperaturze zera absolutnego, czyli w obszarze fizyki kwantowej, dźwięk nie powstaje, chyba że elektrony poruszają się zbiorowo z prędkością dźwięku lub większą” – wyjaśnił Hilke.

Cytat:„Wcześniejsze prace obserwowały podobne efekty, gdy prędkości elektronów zbliżały się do bariery dźwiękowej. Nasze badanie idzie o krok dalej, prowadząc układ znacznie poza ten punkt i pokazując, że istniejące teorie wymagają ponownego przemyślenia, ponieważ elektrony mogą być bardzo gorące, nawet gdy kryształ macierzysty znajduje się blisko zera absolutnego” – dodał.

Hilke zauważył, że w następnej fazie urządzenie ma zostać przetestowane z alternatywnymi materiałami, takimi jak grafen, dzięki czemu mogłoby działać jeszcze szybciej. Postęp ten może utorować drogę do szybszych technologii komunikacyjnych, ulepszonych czujników, zastosowań w badaniach biologicznych i bardziej złożonych systemów medycznych.

Cytat:„Fonony są trudne do wygenerowania i kontrolowanego wykorzystania, dlatego badamy nowe sposoby. Zasadniczo chodzi o to, jak prąd elektryczny i energia przepływają i są przekształcane w nowoczesnych materiałach elektronicznych” – powiedział.

---

Amon
www.strefa44.pl
www.strefa44.com.pl