به گزارش افکارنیوز به نقل از ايسنا، پروفسور علي يزداني، فيزيكدانان دانشگاه پرينستون در تحقيقات جديد خود نشان داده كه يك فرايند پيچيده غير قابل سنجش موسوم به درهمتنيدگي كوانتومي به تعيين جرم الكترونهاي در حال حركت در يك بلور پرداخته و تنظيم ظريف اين در هم تنيدگي ميتواند تغيير زيادي در خواص مواد ايجاد كند.

مشاهده خواص به ظاهر متناقض الکترون برای درک چگونگی ابررساناشدن برخی مواد خاص که الکترونها در آنها بدون مقاومت جریان پیدا می‌کند، بسیار ضروری است؛ چرا که چنین موادی می‌توانند به طور چشمگیری بازده شبکه‌های انرژی الکترون را افزایش داده و سرعت رایانه‌ها را بالا ببرند.

سرد کردن الکترون‌ها در دمای زیر دمای اتاق در مواد جامد خاص باعثجرم گرفتن این ذرات شده و مانند ذرات سنگین رفتار می‌کنند. جالب اینکه سردتر کردن آنها در نزدیکی صفر مطلق می‌تواند به این مواد خاصیت ابررسانایی ببخشد که در آن الکترون‌ها با وجود سنگینی آنها مانند یک مایع کامل می‌توانند بدون اتلاف نیروی الکتریکی جریان پیدا کنند.

نتایج این پژوهش که علاوه بر پروفسور یزدانی و تیم وی در پرینستون، دانشمندانی از آزمایشگاه ملی «لوس‌آلموس» و دانشگاه کالیفرنیا در ایروین نیز حضور داشته‌اند، در مجله «نیچر» منتشر شده است.

در این تحقیقات که با تصویربرداری مستقیم از امواج الکترون در یک بلور انجام شده، محققان نه تنها به مشاهده جرم به دست آمده توسط الکترون‌ها پرداخته‌اند، بلکه همچنین نشان داده‌اند که الکترون‌های سنگین در حقیقت اجسام ترکیبی بوده که از دو شکل در هم تنیده الکترون ساخته شده‌اند.

این در هم تنیدگی از قوانین مکانیک کوانتومی به دست آمده که به تنظیم چگونگی رفتار ذرات ریز و رفتار متفاوت ذرات در هم تنیده نسبت به غیر در هم تنیده‌ها می‌پردازند.

این تجربه با ترکیب آزمایش‌ها و مدل‌های نظری برای اولین بار نشان داده که چگونه الکترون‌های سنگین از چنین خاصیت در هم تنیدگی به وجود می‌آیند.

مشاهدات سه دهه گذشته نشان داده که الکترون‌ها در جامدات خاص از رفتاری مانند ذراتی با جرم صدها تا هزاران برابر بزرگتر از الکترون‌های دارای حرکت آزاد در خلاء برخوردارند. با این حال تا کنون محققان قادر به درک چگونگی رخداد این اتفاق نبوده و فاقد ابزارهای لازم برای کاوش ارتباط میان این فرایند و ابررسانایی الکترون‌های سنگین بوده‌اند.

این پژوهش پس از سال‌ها تنظیمات شرایط دقیق تجربی مورد نیاز برای به تصویر کشیدن این ذرات سنگین به دست آمده است که طی آن محققان از یک میکروسکوپ تونل‌زنی برودتی خاص برای مشاهده امواج الکترون در یک بلور استفاده کردند.

پروفسور یزدانی اظهار کرد: مشاهده الکترون‌های متحرک در یک بلور که با سرد کردن آنها به ذرات بسیار بزرگتر تبدیل می‌شوند، بسیار جالب است.

این نمایش پیشگامانه الکترون‌ها در زمان انتقال آنها از نور به ذرات سنگین، تنها بخشی از داستان بوده و دانشمندان همچنین به نمایش چگونگی درک این فرایند بر اساس نظریات کوانتومی رفتار کوانتوم پرداخته‌اند.

به گزارش ایسنا، ذرات ریزاتمی مانند الکترون‌ها می‌توانند به دلیل درهم تنیدگی کوانتومی از خود رفتارهای عجیبی نشان دهند که از ترکیب رفتارهای متضاد حاصل شده است. با مقایسه این اطلاعات با محاسبات نظری، این پژوهش نشان داده که الکترون‌های سنگین از درهم‌تنیدگی دو رفتار متضاد الکترون‌ها ظاهر می‌شود که در یکی از آنها، الکترون‌ها در اطراف اتم‌ها سکونت گزیده و در دیگری به طور آزادانه از یک اتم بر روی اتم دیگر در یک بلور پرش می‌کنند.

به گفته یزدانی، این اولین بار است که دانشمندان با استفاده از قابلیت کاوش الکترون‌ها با وضوح بالا، موفق به دستیابی به یک تصویر دقیق از شکل‌گیری این ذرات سنگین شده‌اند.

درجه این درهم‌تنیدگی به نظر عامل مهمی در درک رفتار الکترون‌های سنگین در زمان شکل گیری و سردتر شدن است. تنظیم ترکیب بلور یا ساختار، قادر به تنظیم درجه درهم‌تنیدگی و سنگینی الکترون‌ها است.

استاد ایرانی دانشگاه پرینستون آمریکا اظهار کرد: آنچه آشکار بوده و تحقیقات ما نیز آن را تائید کرده، این است که باید در آستانه این دو رفتار کند و سریع قرار بگیرید تا ابررسانایی را به دست بیاورید. این شرایط برای ایجاد ابررسانایی الکترون سنگین بسیار مناسب است.

این پژوهش می‌تواند به فیزیکدانان در شناسایی اسرار ابررسانایی در دمای بالا کمک کند. به گفته بسیاری از فیزیکدانان، درک این انتقال میان مغناطیس و ابرسانایی موسوم به «نقطه بحرانی کوانتومی» می‌تواند به توصیف چرایی ابررسانا بودن مواد کمک کند. با این حال این اولین بار است که از ابزار لازم برای دستیابی به این تجربه استفاده می‌شود.

به گزارش ایسنا، علی یزدانی که دانش‌آموخته مکانیک کوانتوم از دانشگاه کالیفرنیا در برکلی است، تحصیلات دکتری خود را در سال ۱۹۹۵ در دانشگاه استنفورد به پایان برده و تحقیقات پسادکتری خود را در مرکز تحقیقات آلمادن در شرکت IBM پی گرفت. یزدانی از سال ۱۹۹۷ تا ۲۰۰۵ در دانشگاه ایلینویز در رشته فیزیک تدریس کرده و از سال ۲۰۰۵ به عنوان استاد فیزیک در دانشگاه پرینستون فعالیت دارد.

پروفسور یزدانی در سال ۲۰۰۸ به عنوان یکی از ۱۰ نابغه برتر سال از سوی ماهنامه «پاپیولار ساینس» برگزیده شد. ۱۰ نفر برگزیده در این فهرست موسوم به «بریالنت ۱۰»، باهوشترین پژوهشگران سال ۲۰۰۸ خوانده شده‌اند که به پیشرفت‌های قابل توجهی برای آینده دست یافته‌اند.

یزدانی به دلیل طراحی یک میکروسکوپ تونلی کوچک برای مطالعه روی ابررساناهای دما بالا به این مقام دست یافته‌ است. این وسیله می‌تواند یک نمونه را درست در دمای بالای صفر مطلق سرد کند، آن را در فضایی نزدیک به خلاء کامل سفت کرده و ضعیف‌ترین صدا را مسدود کند. با این سیستم می‌توان اتم‌های منفرد را به طور مداوم در لحظه ردیابی کرد.