ارائه‌ی نامعادله‌ای برای تعیین رفتار الکترون‌های نانوساختارها

پژوهشگران با استفاده از محاسبات و معادلات ریاضی، نامعادله‌ای را ارائه کرده‌اند که می‌تواند مشخص کند الکترون‌ها در نانوساختارها از قوانین مکانیک کلاسیک یا کوانتوم پیروی می‌کنند.

پژوهشگران با استفاده از محاسبات و معادلات
ریاضی، نامعادله‌ای را ارائه کرده‌اند که می‌تواند مشخص کند الکترون‌ها در
نانوساختارها از قوانین مکانیک کلاسیک یا کوانتوم پیروی می‌کنند.

درک فرایند انتقال الکترون‌ها در نانوساختارها و مولکول‌های زیستی برای درک
ویژگی‌هایی نظیر هدایت الکتریکی یا رفتارهای زیست‌شیمیایی مولکول‌ها بسیار
حائز اهمیت است. تشخیص این که آیا الکترون‌ها بر مبنای قوانین کلاسیک حرکت
می‌کنند یا از قوانین مکانیکی کوانتوم در مقیاس نانو تبعیت می‌کنند، بسیار
چالش‌برانگیز است، زیرا برخی از نانوساختارها الگوهای رفتاری بین مکانیک
کلاسیک و مکانیک کوانتوم دارند. پژوهشگران مؤسسه‌ی علوم پیشرفته RIKEN با
همکاری همتایان آلمانی خود به روابطی دست یافتند که می‌تواند مشخص کند آیا
الکترون‌ها در نانوساختارها از قوانین مکانیک کوانتوم پیروی می‌کنند یا
مکانیک کلاسیک.

در دنیای ماکروسکوپی، اجسام از قوانین حرکتی مکانیک کلاسیک تبعیت می‌کنند؛
مانند حرکت توپ‌های بیلیارد، اما در مقیاس میکروسکوپی، الکترون‌ها از
قوانین مکانیک کوانتومی پیروی می‌کنندکه برمبنای قوانین احتمالات است.
اندازه‌گیری شاخص‌های سیستم‌های مکانیک کوانتوم چالش‌برانگیز است.
 

نیل لامبرت، از محققان این پروژه در
دانشگاه میشیگان، می‌گوید که در دنیای میکروسکوپی اندازه‌گیری ایده‌آل بدون
وارد کردن اختلال در سیستم، کار بسیار دشواری است؛ بنابراین تشخیص سیستم
مکانیک کوانتوم از سیستم تهاجمی مکانیک کلاسیک مشکل است. بسیار مهم است که
مطمئن شویم که نتایج آزمایش‌ها ناشی از اثرات مکانیک کلاسیک نیست، تا این
نتایج را به رفتار مکانیک کوانتوم نسبت ندهیم.

پژوهشگران عبور الکترون از یک ماده‌ی بسیار کوچک به نام نقطه‌ی کوانتومی را
به‌عنوان سیستم مدل در نظر گرفتند. لامبرت دربار‌ه‌ی این مدل می‌گویدکه
نتایج نشان داد که حتی اندازه‌گیری عبور جریان از میان نقطه‌ی کوانتومی، یک
اندازه‌گیری تهاجمی است. برای تعیین اثرات کوانتومی، لامبرت و همکارانش،
یکسری عبارات نامعادله‌ی ریاضی را تدوین کردند و داده‌های بحرانی
آزمایشگاهی را روی آنها اعمال کردند. حال اگر اطلاعاتی به این نامعادله
داده شود و مقادیر آن بیش از حد بحرانی مذکور باشد، آنگاه می‌توان گفت که
این اطلاعات از سیستمی آمده که رفتار کوانتومی دارد. این گروه تحقیقاتی در
شبیه‌سازی‌های خود محل‌های مختلفی را یافتند که در دماهای پایین، اثرات
کوانتومی در تحرک‌های الکترون‌های درون نقاط کوانتومی اتفاق می‌افتد.

این نامعادله که از یافته‌های محققان است، بر پایه‌ی اصول بنیادی است و از
این رو نه تنها می‌تواند درباره‌ی انتقال الکترون از میان نقاط کوانتومی به
کار برده شود، بلکه می‌تواند برای تمام سیستم‌های انتقال الکترون در فضای
میکروسکوپی کاربرد داشته باشد. محققان این پروژه معتقدند که به‌زودی
می‌توان تشخیص داد که آیا الکترون موجود در نانوساختارها از قوانین مکانیک
کوانتوم پیروی می‌کند یا تابع قوانین مکانیک کلاسیک است.