Ειδικός μανδύας υπόσχεται να είναι αόρατος σε ηλεκτρόνια

Οι "γραμμές" της ροής ηλεκτρονίων πιθανότητα
συμπεριφέρονται σαν το νανοσωματίδιο να μην είναι εκεί.
(Από το περιοδικό Physical Review Letters )

Φυσικοί στις ΗΠΑ έχουν προτείνει έναν τρόπο δημιουργίας ενός "μανδύα ηλεκτρονίων" - ένα αντικείμενο που είναι αόρατο για τα ηλεκτρόνια. Εμπνευσμένο από μανδύες που κρύβουν αντικείμενα από το φως ή τα ηχητικά κύματα, ο μανδύας ηλεκτρονίων θα πρέπει να γίνει από μια μικρή δομή που είναι περίπου του ίδιου μεγέθους με το μήκος κύματος των ηλεκτρονίων από τα οποία κρύβεται.

Αν και ο σχεδιασμός δεν έχει ακόμη δοκιμαστεί στο εργαστήριο, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να κάνει νέες ηλεκτρονικές συσκευές και ίσως ακόμη και να βοηθήσει στην ανάπτυξη καλύτερων θερμοηλεκτρικών υλικών για βελτιωμένη συγκέντρωση και μετατροπή ενέργειας.

Οι ερευνητές έχουν ήδη καταφέρει να κάνουν «μανδύες αορατότητας», που κρύβουν αντικείμενα από ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Τέτοιοι μανδύες είναι κατασκευασμένοι από "μεταϋλικά", οι οποίοι είναι τεχνητές δομές με ειδικές οπτικές ιδιότητες, όπως οι αρνητικοί δείκτες διάθλασης. Αυτές οι δομές είναι τοποθετημένες με τέτοιο τρόπο, ώστε τα εισερχόμενα κύματα να ρέουν ομαλά γύρω από τον μανδύα και να συναντιούνται στην άλλη πλευρά σαν ο μανδύας να μην ήταν εκεί. Η ίδια αρχή έχει επίσης εφαρμοστεί για τους μανδύες, που είναι αόρατοι για τα ηχητικά κύματα.

Πυρήνας και κέλυφος

Χάρη στην κβαντομηχανική, τα ηλεκτρόνια συμπεριφέρονται σαν κύματα και με νέους υπολογισμούς από τον Gang Chen και τους συνεργάτες του στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT) φαίνεται ότι θα μπορούσαν να γίνουν μανδύες για τα ηλεκτρόνια. Οι ερευνητές έχουν εισηγηθεί μια πρακτική σχεδιασμού που θα είναι από νανοσωματίδια, που περιλαμβάνουν έναν εσωτερικό πυρήνα και ένα εξωτερικό κέλυφος. Ο πυρήνας - κέλυφος των νανοσωματιδίων θα μπορούσε στη συνέχεια να ενσωματωθεί σε έναν ημιαγωγό ξενιστή, έτσι ώστε να μην διαταράσεται η ροή των ηλεκτρονίων.

Τα ηλεκτρόνια ταξιδεύουν συνήθως ως κύματα σε μια ορισμένη απόσταση πριν η σκέδαση των κυμάτων τους καταστρέφει τις φάσεις τους.Κατά τη διάρκεια αυτού του λεγόμενου συνεκτικού μήκους μεταφοράς, τα σωματίδια παρουσιάζουν χαρακτηριστική συμπεριφορά κύματος, όπως η υπέρθεση πλάτους (ή παρεμβολή).

Ανακλώντας κύματα ηλεκτρονίων 

"Στον μανδύα ηλεκτρονίων του σχεδιασμού μας, ο πυρήνας-κέλυφος νανοσωματιδίων ουσιαστικά παρέχει πολλαπλές διεπαφές όπου ανακλώνται κύματα ηλεκτρονίων", εξηγεί το μέλος της ομάδας Bolin Liao. "Μέσα από προσεκτική ρύθμιση των διεπαφών, οι πολλαπλές ανακλάσεις κυμάτων από τις διεπαφές μπορεί να αλληλεπιδρούν καταστροφικά μεταξύ τους και να ακυρώνουν το σύνολο σχεδόν των ανακλάσεων. Τα κύματα ηλεκτρονίων  με τη "συγκεκριμένη ενέργεια" μπορεί έτσι να ταξιδέψουν μέσα από τη δομή των νανοσωματιδίων χωρίς να αντανακλώνται, σαν να μην υπήρχε τίποτα στο δρόμο τους". Οι δομές των νανοσωματιδίων είναι περίπου το ίδιο μέγεθος με το μήκος κύματος των ηλεκτρονίων - περίπου 10 nm στη μελέτη του ΜΙΤ.

Οι μανδύες ηλεκτρονίων μπορεί να βρουν χρήση σε εφαρμογές όπου είναι απαραίτητη η υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων, όπως σε ηλεκτρονικά ημιαγωγών, λέει ο Chen. "Θα μπορούσαμε, επίσης, να είμαστε σε θέση να σχεδιάσουμε νέους ηλεκτρονικούς διακόπτες, που πηγαίνουν από το ορατό («ανοιχτή» δομή) και αόρατο («κλειστή») δηλώνει". "Επιπλέον, η σκέδαση ηλεκτρονίων σε σχέση με το προφίλ της ενέργειας των δομών, η οποία ποικίλλει σε μεγάλο βαθμό, θα μπορούσε να ωφελήσει τις εφαρμογές που απαιτούν ισχυρούς μηχανισμούς ενέργειας που εξαρτώνται από τη σκέδαση, όπως αυτές σε χώρο εργασίας με θερμοηλεκτρικές συσκευές".

Η ομάδα τώρα βάζει τις θεωρίες της στην πράξη, προσπαθώντας να κάνει πραγματικούς μανδύες ηλεκτρονίων με πυρήνες -κελύφη νανοσωματιδίων. "Εξετάζουμε επίσης την επέκταση της ιδέας μας για τη μείωση των διαστάσεων των δομών", προσθέτει το μέλος της ομάδας Mona Zebarjadi.

Η τρέχουσα εργασία αυτή περιγράφεται στο περιοδικό Physical Review Letters.

Πηγή, physicsworld

Απόδοση στα ελληνικά, Δημήτρης Γιάκας