Физичари створили „електронски свјетионик“ који управља струјом помоћу свјетлости

Ово откриће могло би да унаприједи квантне технологије, од рачунарства до телекомуникација, а заснива се на усмјереном протоку електрона који покрећу готово све аспекте савременог живота. Истраживање је спровео тим са Универзитета у Мичигену, пише Сајенс алерт (ScienceAlert).

Електрони се покоравају правилима квантног свијета, што значи да показују понашања која немају еквивалент у макроскопском свијету, попут суперпозиције, која им омогућава да истовремено постоје у више стања.

Нова студија открива нове законитости и нуди аналогију из стварног свијета која помаже у разумијевању тих невидљивих процеса.

Управљање струјом помоћу свјетлости

Уређај користи два ласерска зрака различитих боја из невидљивог инфрацрвеног спектра за контролу протока електрона кроз полупроводник. Тиме се постиже ефекат који се разликује од стандардног начина стварања струје.

„Ово није уобичајен начин рада. Када размишљате о кретању електрона кроз материјал, они се крећу јер сте примијенили електрично поље, па се одбијају и полако путују кроз материјале“, објашњава Стивен Кандиф, експериментални физичар са Универзитета у Мичигену и главни аутор студије.

„Овдје, уз помоћ свјетлости, можете заправо да ‘испалите’ електроне у тачно одређеном смјеру без примјене електричног поља.“

Тим, који је подржала америчка Национална фондација за науку (NSF), наводи да је струја створена овим процесом „балистичка“.

То значи да електрони путују путањом коју одређује њихова почетна брзина, за разлику од уобичајених дифузних струја, код којих се електрони непрестано сударају са нечистоћама и оштећењима у материјалу.

„Вјероватно највише изненађује то што се струје произведене овим процесом уопште могу открити уређајем који смо направили“, рекао је Кандиф.

Изазови у производњи

Истраживачи су уређај израдили у Лабораторији за нанофабрикацију Лури (Lurie Nanofabrication Facility – LNF) на Универзитету у Мичигену.

Један од главних изазова био је осмислити експерименталну поставку која не уводи спољна електрична поља, јер би она могла да утичу на резултате.

„То ми је био највећи изазов јер не постоји стандардни начин да се то изведе“, каже Јиминг Гонг, први аутор студије.

„Зато сам сарађивао са особљем ЛНФ-а како бисмо испробали различите поступке и температуре док нисмо осмислили процес производње.“

Потврда теорије и квантна позадина

Претходна истраживања већ су показала да свјетлост сама може да обезбиједи енергију за покретање електрона.

Кандиф наводи да је пројекат произашао из његовог ранијег рада на развоју фазно осјетљивог детектора за стабилизацију такозваних фреквенцијских чешљева, кључних алата за прецизну контролу електромагнетних таласа.

Ново истраживање надовезује се на та сазнања и показује да се свјетлост може користити и за усмјеравање електрона у облику снопа.

„Свјетлост више не служи само за укључивање струје, она је сада и усмјерава“, објашњава Кандиф.

Сноп се не усмјерава физичким окретањем, већ ротирањем поларизације, односно смјера осциловања свјетлости.

Овај рад представља и потврду предвиђања теоријског физичара Џона Сајпа са Универзитета у Торонту.

Он и његове колеге теоретски су предвидјели да ће оваква експериментална поставка произвести сноп усмјерених електрона без примјене напона.

Механизам који стоји иза тога познат је као квантна интерференција, основни квантни процес у којем се таласне функције честица могу конструктивно или деструктивно ускладити.

Потенцијал за будуће технологије

У будућности би ово истраживање могло да помогне у разјашњавању квантне геометрије материјала, која одређује њихово основно понашање.

То би могло да унаприједи квантне сензоре, технике снимања и телекомуникације, оптимизујући пренос сигнала и количину података.

Такође, примјена квантне интерференције могла би значајно да убрза рачунарске процесе тако што повећава вјероватноћу добијања жељених рјешења, а потискује нежељена.

Овај напредак могао би да помогне у даљем истраживању субатомских честица и поља која управљају опипљивим свијетом.

Истраживање је објављено у часопису „Физикал ривју летерс“ (Physical Review Letters).