Ֆիզիկոսներն առաջին անգամ տեսագրել են մի անսովոր քվանտային երևույթ, որի ժամանակ էլեկտրոնները կարծես միանգամից անցնում են էներգիայի արգելված միջակայքներով։ Նոր տեսակի դանդաղեցված նկարահանման տեխնիկայի միջոցով գիտնականները հետևել են գրաֆենում տեղի ունեցող այդ չափազանց արագ շարժումներին և պարզել, թե ինչպես են ուժեղ էլեկտրական դաշտերն էլեկտրոններին տեղափոխում էներգիայի մի վիճակից մյուսը։
Երևույթը կարելի է պատկերացնել վերելակի օրինակով․ մարդը մտնում է վերելակ, իսկ հարկերի ցուցիչը 1-ից, 2-ից ու 3-ից անմիջապես փոխվում է 20-ի՝ կարծես շրջանցելով միջանկյալ հարկերը։ Առօրյա կյանքում դա անհնար է թվում, սակայն քվանտային աշխարհում էլեկտրոնները կարող են նման թռիչքներ կատարել։
Այս երևույթը հայտնի է որպես Լանդաու-Զեներ-Մայորանայի անցում։ Ֆիզիկոսները վաղուց ենթադրում էին, որ այն կարող է կարևոր դեր ունենալ արագագործ կիսահաղորդչային էլեկտրոնիկայում, սակայն մինչ այժմ դժվար էր անմիջապես հետևել այդ գործընթացին։ Ռեգենսբուրգի համալսարանի, Մարբուրգի Ֆիլիպսի համալսարանի և Յուլիխի հետազոտական կենտրոնի գիտնականները կարողացել են դա անել գրաֆենի միջոցով։ Հետազոտությունը հրապարակվել է Nature ամսագրում։
Կիսահաղորդիչներում էլեկտրոնները սովորաբար մնում են էներգիայի որոշակի միջակայքներում, որոնք կոչվում են էներգետիկ գոտիներ։ Դրանց միջև կան արգելված գոտիներ, որտեղ էլեկտրոնները սովորական պայմաններում չեն կարող կայուն վիճակ ունենալ։ Սակայն ուժեղ լույսի իմպուլսների ազդեցությամբ էլեկտրական դաշտը արագացնում է էլեկտրոններին, և դրանց մի մասը անցնում է մեկ էներգետիկ գոտուց մյուսը՝ հատելով այդ արգելքը։
Գործընթացը գրանցելու համար գիտնականները համատեղել են առաջադեմ լազերային տեխնոլոգիան և էլեկտրոնային մանրադիտակությունը։ Նրանք օգտագործել են ֆոտոէմիսիոն իմպուլսային մանրադիտակ, որը չափում է էլեկտրոնների էներգիան և շարժման ուղղությունը, ապա ստացված տվյալներով ստեղծում դրանց բաշխման մանրամասն պատկերներ։
Այս փորձի արժեքը միայն նոր քվանտային երևույթ տեսագրելը չէ։ Գիտնականներն այժմ կարող են ուսումնասիրել, թե ինչպես են էլեկտրոնները փոխում իրենց էներգետիկ վիճակը հենց շարժման ընթացքում, այլ ոչ թե եզրակացություններ անել միայն փորձից առաջ և հետո ստացված չափումների հիման վրա։ Սա լրացուցիչ հնարավորություն է տալիս հասկանալու այն գործընթացները, որոնք սահմանափակում են էլեկտրոնների վերահսկվող շարժումը նյութերում։
Related News
Հետազոտության հաջորդ կարևոր ուղղություններից մեկը կլինի լույսի միջոցով էլեկտրոնների կառավարումը։ Եթե հնարավոր լինի ավելի լավ հասկանալ, թե ինչպես է նյութի բյուրեղային ցանցը խանգարում սկզբնական կարգավորված շարժմանը, ապա հնարավոր կլինի ավելի ճշգրիտ վերահսկել այդ գործընթացը։ Խոսքը ապագա էլեկտրոնային տեխնոլոգիաների մասին է, որտեղ էլեկտրոնների շարժումն ուղղորդելու համար կարող են օգտագործվել լույսի չափազանց արագ տատանումները՝ սովորական էլեկտրական լարման փոխարեն։
Մեթոդի կիրառությունը կարող է չսահմանափակվել գրաֆենով։ Հետազոտողները նախատեսում են այն օգտագործել նաև այլ քվանտային նյութերի ուսումնասիրության համար, ինչը թույլ կտա դիտարկել մինչ այժմ անհասանելի գործընթացներ։ Այստեղ ամենահետաքրքիր հարցն այն է, թե որքան ճշգրիտ կկարողանան գիտնականները ոչ միայն տեսնել, այլև նպատակային կերպով կառավարել էլեկտրոնների վարքը։
