Elektronowy płaszcz-niewidka

Artykuły
Brak komentarzy
Drukuj

Amerykańscy naukowcy zaproponowali sposób na stworzenie „płaszcza elektronowego” tj. obiektu niewidocznego dla elektronów. Płaszcz taki miałby się składać z elementów o rozmiarach porównywalnych z długością fali strumienia elektronów. Projekt ten nie został jeszcze przetestowany w żadnym laboratorium, jednak jego wdrożenie mogłoby przyczynić się do skonstruowania całkiem nowych urządzeń elektronicznych oraz materiałów termoelektrycznych nowej generacji.

Metamateriały – materiały o unikalnych właściwościach fizycznych

Obecnie istniejące płaszcze-niewidki pozwalają ukrywać dowolne obiekty przed falami elektromagnetycznymi. Do ich konstrukcji wykorzystuje się metamateriały, czyli sztucznie wytwarzane materiały posiadające niezwykłe i bardzo interesujące właściwości optyczne, obejmujące m.in. ujemny współczynnik załamania światła. Struktury te rozmieszczone są w płaszczu w taki sposób, aby fale światła padające na jego powierzchnię opływały go z obydwu stron. Po „opłynięciu” fale te „spotykają” się z tyłu płaszcza, dając wrażenie, jak gdyby wcale go nie było. Identyczną zasadę wykorzystuje się do konstrukcji płaszczy niewidocznych dla fal dźwiękowych.

Zgodnie z mechaniką kwantową, elektrony, podobnie jak i wiele innych cząstek, wykazują dualizm korpuskularno-falowy tj. przejawiają zarówno właściwości korpuskuł (cząstek), jak i fal. Oznacza to, że również i w przypadku elektronów możliwym, przynajmniej w teorii, powinno być skonstruowanie obiektu niewidocznego dla tychże cząstek. Obliczenia przeprowadzone przez Gang Chena oraz jego współpracowników z Massachusetts Institute of Technology (MIT), potwierdzają taką możliwość. Projekt płaszcza przedstawiony przez naukowców zakłada użycie nanocząstek składających się z rdzenia otoczonego zewnętrzną powłoką. Nanocząstki te miałyby być wbudowywane w materiał półprzewodnikowy w taki sposób, aby nie „zakłócać” w nim przepływu strumienia elektronów.

elektronowy płaszcz-niewidka
Rysunek przedstawiający sposób w jaki nanocząstka ‘ukrywa’ swoją obecność przed strumieniem elektronów.

W normalnych warunkach elektrony, zanim ulegną rozproszeniu na atomach w sieci krystalicznej, przebywają w materiale określoną odległość. Odległość ta nazywana długością koherencji to odległość, na której elektrony wykazują zachowanie charakterystyczne dla fal, ulegając m.in. zjawisku interferencji (nakładania się fal).

Płaszcz-niewidka z nanocząstek typu core-shell

„W naszym płaszczu, nanocząstki typu core-shell (rdzeń-powłoka) zapewniają obecność wielu powierzchni międzyfazowych, czyli miejsc, w których fale elektronowe mogą ulec odbiciu”, wyjaśnił Bolin Liao, jeden z członków zespołu. „Poprzez odpowiednie dostrojenie powierzchni międzyfazowych, fale wielokrotnie odbite od tych powierzchni mogą ulegać destruktywnej interferencji, mogącej przyczyniać się do prawie całkowitego zniesienia zjawiska całkowitego odbicia dla takiej fali. Oznacza to, że fale elektronowe o „właściwej energii” będą mogły poruszać się przez materiał nie ulegając zjawisku odbicia, czyli tak, jak gdyby żadna przeszkoda nie znajdowała się na ich drodze”. Rozmiar nanocząstek przyjęty w obliczeniach przez grupę z MIT odpowiadał długości fali strumienia elektronów i wynosił około 10 nm.

„Takie płaszcze elektronowe mogą znaleźć zastosowanie wszędzie tam, gdzie wymagana jest wysoka ruchliwość elektronów, czyli np. w urządzeniach półprzewodnikowych”, powiedział Chen. „Możnaby również wytwarzać nowej generacji przełączniki elektroniczne oraz urządzenia termoelektryczne”.

Artykuł pochodzi ze strony: physicsworld.com

Dodaj komentarz