Monday, February 7, 2011

ارائه‌ي نامعادله‌اي براي تعيين رفتار الکترون‌هاي نانوساختارها

پژوهشگران با استفاده از محاسبات و معادلات رياضي، نامعادله‌اي را ارائه کرده‌اند که مي‌تواند مشخص کند الکترون‌ها در نانوساختارها از قوانين مکانيک کلاسيک يا کوانتوم پيروي مي‌کنند.

درک فرايند انتقال الکترون‌ها در نانوساختارها و مولکول‌هاي زيستي براي درک ويژگي‌هايي نظير هدايت الکتريکي يا رفتارهاي زيست‌شيميايي مولکول‌ها بسيار حائز اهميت است. تشخيص اين که آيا الکترون‌ها بر مبناي قوانين کلاسيک حرکت مي‌کنند يا از قوانين مکانيکي کوانتوم در مقياس نانو تبعيت مي‌کنند، بسيار چالش‌برانگيز است، زيرا برخي از نانوساختارها الگوهاي رفتاري بين مکانيک کلاسيک و مکانيک کوانتوم دارند. پژوهشگران مؤسسه‌ي علوم پيشرفته RIKEN با همکاري همتايان آلماني خود به روابطي دست يافتند که مي‌تواند مشخص کند آيا الکترون‌ها در نانوساختارها از قوانين مکانيک کوانتوم پيروي مي‌کنند يا مکانيک کلاسيک. 

در دنياي ماکروسکوپي، اجسام از قوانين حرکتي مکانيک کلاسيک تبعيت مي‌کنند؛ مانند حرکت توپ‌هاي بيليارد، اما در مقياس ميکروسکوپي، الکترون‌ها از قوانين مکانيک کوانتومي پيروي مي‌کنندکه برمبناي قوانين احتمالات است. اندازه‌گيري شاخص‌هاي سيستم‌هاي مکانيک کوانتوم چالش‌برانگيز است.
 
نيل لامبرت، از محققان اين پروژه در دانشگاه ميشيگان، مي‌گويد که در دنياي ميکروسکوپي اندازه‌گيري ايده‌آل بدون وارد کردن اختلال در سيستم، کار بسيار دشواري است؛ بنابراين تشخيص سيستم مکانيک کوانتوم از سيستم تهاجمي مکانيک کلاسيک مشکل است. بسيار مهم است که مطمئن شويم که نتايج آزمايش‌ها ناشي از اثرات مکانيک کلاسيک نيست، تا اين نتايج را به رفتار مکانيک کوانتوم نسبت ندهيم.

پژوهشگران عبور الکترون از يک ماده‌ي بسيار کوچک به نام نقطه‌ي کوانتومي را به‌عنوان سيستم مدل در نظر گرفتند. لامبرت دربار‌ه‌ي اين مدل مي‌گويدکه نتايج نشان داد که حتي اندازه‌گيري عبور جريان از ميان نقطه‌ي کوانتومي، يک اندازه‌گيري تهاجمي است. براي تعيين اثرات کوانتومي، لامبرت و همکارانش، يکسري عبارات نامعادله‌ي رياضي را تدوين کردند و داده‌هاي بحراني آزمايشگاهي را روي آنها اعمال کردند. حال اگر اطلاعاتي به اين نامعادله داده شود و مقادير آن بيش از حد بحراني مذکور باشد، آنگاه مي‌توان گفت که اين اطلاعات از سيستمي آمده که رفتار کوانتومي دارد. اين گروه تحقيقاتي در شبيه‌سازي‌هاي خود محل‌هاي مختلفي را يافتند که در دماهاي پايين، اثرات کوانتومي در تحرک‌هاي الکترون‌هاي درون نقاط کوانتومي اتفاق مي‌افتد.

اين نامعادله که از يافته‌هاي محققان است، بر پايه‌ي اصول بنيادي است و از اين رو نه تنها مي‌تواند درباره‌ي انتقال الکترون از ميان نقاط کوانتومي به کار برده شود، بلکه مي‌تواند براي تمام سيستم‌هاي انتقال الکترون در فضاي ميکروسکوپي کاربرد داشته باشد. محققان اين پروژه معتقدند که به‌زودي مي‌توان تشخيص داد که آيا الکترون موجود در نانوساختارها از قوانين مکانيک کوانتوم پيروي مي‌کند يا تابع قوانين مکانيک کلاسيک است.
 

No comments: