محققان به دنبال مهندسی ترابرد الکترون ها بین نقاط کوانتومی هستند - تور ایتالیا ارزان

به گزارش گروه فناوری خبرنگاران، پژوهشگران دانشگاه شهید بهشتی با انتشار مقاله ای، به بررسی دستکاری و قراردادن برخی اتم های فلزی در نقاط خاصی از شبکه های خودسامان ده آلی بر سطوح فلزی پرداختند. این محققان در این کار به دنبال مهندسی ترابرد الکترون ها بین نقاط کوانتومی هستند.

گاز الکترونی دوبعدی (الکترون هایی که آزادند در یک لایۀ بسیار نازک و مسطح حرکت کنند) فیزیک بنیادی و کاربرد های منحصربه فردی از فاز مادۀ چگال در ابعاد کاهش یافته را عرضه می کند. به عنوان مثال، اثر کوانتومی هال اولین بار در یک گاز الکترونی دوبعدی، در فصل مشترک اکسید فلز-نیمه رسانا مشاهده شد. گاز الکترونی دوبعدی در گرافن که ذاتاً دوبعدی است و یا در سطوح هلیوم مایع و عایق های توپولوژی هم عینیت می یابد.

در این میان حالت های الکترونی سطحی فلزات نجیب، نوع ویژه ای از گاز الکترونی دوبعدی را نمایش می دهد که در آن می توان با آرایش دلخواهی از پراکننده های اتمی، الکترون های آزادگونۀ سطح را در راستا های افقی هم مقید کرد. یکی از نمونه های اولیه که هنوز هم قابل توجه است حصار کوانتومی (quantum corral) است که در سال 1993 معرفی شد و در آن الکترون های سطحی فلز مس در یک حصار دایره ای شکل به شعاع 7 نانومتر بر سطح (111) آن گیر افتادند. این حصار که با چیدن 42 اتم آهن توسط سوزن میکروسکوپ تونل زنی روبشی بر سطح مس ایحاد شده بود یک اتم مصنوعی دوبعدی است که الکترون های مقید به آن حالت های کوانتومی جدیدی یافته اند.

این تیم پژوهشی در این کار تحقیقاتی به مطالعه بلور مصنوعی دوبعدی پرداخته اند که آرایه ای منظم از این حصار ها می باشند. این ساختار یک شبکۀ لانه زنبوری است که در موقعیت حفره های یک چارچوب فلز-مولکول آلی ایجاد شده است. مولکول های TPyB که با تک اتم های مس مجهز شده اند به صورت خودسامان ده بر سطح (111) مس نشانده می شوند تا الکترون های سطح مس را در حفره های خود گیر بیاندازند. طیف سنجی فوتون گسیلی با تفکیک زاویه ای نشان می دهد که وجود تک اتم های فلز در موقعیت های خاص منجر به گشوده شدن کانال های ترابرد الکترون بین حفره ها می شود و سامانه را می توان با الگوی الکترون های تقریباً آزاد با جرم مؤثر کاهش یافته توصیف کرد. با تفسیر مشاهدات تجربی به کمک مدلسازی کامپیوتری و حل معادلۀ شرودینگر، معلوم شده است که سد های پتانسیل الکترواستاتیک که لایۀ مولکولی بر صفحۀ گاز الکترونی دوبعدی ایجاد می کند در موقیعت تک اتم های جاداده شده به شدت تضعیف شده و دریچه هایی برای نشت الکترون ها بین حصار های کوانتمی باز می شود. این پژوهش روشی را پیشنهاد می دهد که بتوان ساختار الکترونی یک گاز الکترونی دوبعدی را به دلخواه مهندسی کرد.

در این کار پژوهشی که نتیجه فعالیت هایی از محققان تجربی، نظری و محاسباتی است، خودسامان دهی لایۀ مولکولی و طیف سنجی ها توسط دو گروه اسپانیایی و هنگ کنگی اجرا شده و تفسیر نتایج بر اساس مدل سازی و حل عددی برعهده دو گروه ایرانی و مصری بوده است.

علی صادقی؛ دانشیار فیزیک دانشگاه شهید بهشتی و پژوهشگر مقیم پژوهشکده علوم نانو پژوهشگاه دانش های بنیادی و بهنام عزیزی دانشجوی دکتری ایشان اعضاء ایرانی این کار تحقیقاتی بوده اند.