Kurbağa kaçabilir mi? Kuantum çalışması, sıkışmış elektronlar için gizli çıkışları ortaya koyuyor

Kurbağa kaçabilir mi? Kuantum çalışması, sıkışmış elektronlar için gizli çıkışları ortaya koyuyor

TU Viyana'dan bir araştırmacı ekibi, katı bir malzemeden kaçan elektronların davranışlarına yeni bir ışık tuttu.

Araştırmaları, yoğun madde fiziğinde uzun süredir devam eden bir gizemi çözüyor. Bir malzeme elektron bombardımanına tutulduğunda, bu enerji transferi gerçekleşir ve katı malzeme içindeki diğer elektronların kaçmasına olanak tanır.

Bu ikincil elektron emisyon mekanizması, günümüzde fotoçoğaltıcı tüpler, taramalı elektron mikroskopları ve katot ışın tüpleri dahil olmak üzere birçok teknolojide kullanılmaktadır. Ancak şimdiye kadar bilim insanları, belirli bir malzemeden hangi elektronların kaçacağını tahmin edememişti.

Yeni çalışma, katı bir malzemeden hangi elektronların kaçabileceğini belirleyen "kapı giriş durumları"nın kritik rolünü ortaya koyuyor.

Elektron emisyonu gizemi

Katı bir malzeme içinde elektronların farklı enerjileri vardır. Belirli bir enerji eşiğinin altında kalırlarsa, malzemeden kaçamazlar.

Örneğin, yüksek ağızlı bir kutunun içinde duran bir kurbağayı düşünün. Kurbağanın kutudan kaçabilmesi için zıplayacak kadar enerjiye sahip olması ve çıkışı bulması gerekir. İşte bu kadar basit.

Bilim insanları başlangıçta elektronların bir malzemeden kaçarken de aynı basitlik seviyesini izleyeceğine inanıyorlardı. Bir elektronun enerjisi ile emisyon -veya kaçış- olasılığı arasında doğrudan bir ilişki olduğunu varsaydılar. Ancak deneysel gözlemler bu varsayımı defalarca çürüttü. Bu tutarsızlıklar, elektron emisyonunu yönlendiren tek faktörün elektron enerjisi olmadığını gösteriyordu.

TU Viyana'daki Atom ve Plazma Fiziği grubunun başkanı Prof. Richard Wilhelm bir basın açıklamasında, "Yeterli enerjiye sahip olduklarında tüm bu elektronların malzemeden çıktıkları varsayılabilir," diye açıkladı. "Eğer bu doğru olsaydı, işler basit olurdu: Malzemenin içindeki elektronların enerjilerine bakar ve hangi elektronların dışarıda görünmesi gerektiğini doğrudan çıkarırdık. Ancak görünen o ki, olan bu değil."

Çalışmanın baş yazarı Anna Niggas, teorik tahminlerin ve deneysel sonuçların cevaplardan çok soru ortaya çıkardığını ekledi. "Farklı katman miktarlarına sahip grafen yapıları gibi farklı malzemeler, çok benzer elektron enerji seviyelerine sahip olabilir, ancak yayılan elektronlarda tamamen farklı davranışlar gösterebilir," diye açıkladı.

"Kapı Durumlarını" Keşfetmek

Tu Wien ekibi, Physical Review Journals'da yayınlanan araştırmaları sayesinde, enerjinin elektron emisyonunu belirleyen tek faktör olmadığını buldu.

Elektronların kaçması için gereken enerji eşiğinin üzerinde belirli kuantum durumları mevcuttur. Ancak bunlar emisyona izin vermez. Ekip, önceki çalışmalarda bu durumları modellerinde hesaba katmadıklarını belirtti.

Çalışmaya katılan bilim insanlarından Richard Wilhelm, "Enerjisel açıdan bakıldığında, elektron artık katıya bağlı değil. Serbest bir elektronun enerjisine sahip, ancak katının bulunduğu yerde uzamsal olarak konumlanmış durumda," diye açıkladı.

Teorik Fizik Enstitüsü'nden Prof. Florian Libisch, "Elektronlar çok spesifik durumlarda bulunmalıdır - sözde kapı durumları," diye ekledi. "Bu durumlar, katıdan gerçekten dışarı çıkan durumlarla güçlü bir şekilde bağlantılıdır. Yeterli enerjiye sahip her durum böyle bir kapı durumu değildir - yalnızca dışarıya 'açık kapı'yı temsil eden durumlar."

Bilim insanları ayrıca, bu durumlardan bazılarının yalnızca beşten fazla malzeme katmanı üst üste konulduğunda ortaya çıktığını keşfettiler. Bu, teknoloji ve araştırmada katmanlı malzemelerle ilgili hedefli tasarım için yeni olanaklar sunuyor.

Niggas, "İlk kez, elektron spektrumunun şeklinin yalnızca malzemenin kendisine değil, aynı zamanda bu tür rezonanslı kapı durumlarının var olup olmadığına ve nerede olduğuna da bağlı olduğunu gösterdik," diye açıkladı.

Kaynak: IE