همشهری آنلاین -یکتافراهانی : کشف اخیر از حالات کوانتومی نشان می‌دهد که الکترون‌ها می‌توانند در گرافن به‌طور هم‌زمان ثابت بمانند و در عین حال به صورت هماهنگ نیز بچرخند.
گرافن به‌خاطر ویژگی‌های الکتریکی و مکانیکی خاص خود شناخته شده است. اما اکنون محققان نوع جدیدی از آن را کشف کرده‌اند که در آن الکترون‌ها به طرز معجزه‌آسا و با دقتی بسیار بالا در ساختار خاصی قرار می‌گیرند که می‌تواند به پیشرفت‌های بزرگ در رایانه‌های کوانتومی منجر شود.
نوعی جدید از حالت‌های کوانتومی
گرافن، ماده‌ای که اولین بار در سال ۲۰۰۴ کشف شد، به‌عنوان یکی از مواد فوق‌العاده با ویژگی‌های منحصر به فرد شناخته می‌شود. اما کشف جدید محققان دانشگاه بریتیش کلمبیا، دانشگاه واشنگتن و دانشگاه جان هاپکینز، نشان می‌دهد که گرافن می‌تواند به نوعی جدید از حالت‌های کوانتومی وارد شود. این حالت جدید که در گرافن‌های پیچیده شده (Twisted Bilayer–Trilayer Graphene) پیدا شده است، به الکترون‌ها اجازه می‌دهد در حالتی کاملاً جدید و عجیب حرکت کنند.
بیشتر بخوانید:
مفاهیم: هیدروکربن چیست؟
کشف نوع جدیدی از مغناطیس | انقلابی در فناوری‌های الکترونیکی
الگوهای موریه
در گرافن معمولی، الکترون‌ها بین اتم‌های کربن حرکت می‌کنند و خواص الکتریکی مشابه با فلزات معمولی دارند. اما زمانی که لایه‌های گرافن با یک پیچش دقیق روی هم قرار می‌گیرند، ویژگی‌های الکتریکی این ماده به‌طور چشم‌گیری تغییر می‌کند. این پیچش منجر به ایجاد الگوهای هندسی پیچیده‌ای به‌نام "الگوهای موریه" می‌شود که حرکت الکترون‌ها را به‌طور کامل تغییر می‌دهد.
یک آرایه منظم "یخ زده"
کشف شگفت‌انگیز این مطالعه توسط یک دانشجوی کارشناسی، ریه‌هنگ سو، در آزمایشگاه پروفسور جاشوا فولک در دانشگاه بریتیش کلمبیا به‌طور تصادفی صورت گرفت. او در حال مطالعه یک نمونه گرافن پیچیده شده بود که در حین آزمایش، متوجه شد الکترون‌ها به‌طور هماهنگ در یک آرایه منظم یخ زده و در عین حال در حال چرخش مانند رقصنده‌های باله هستند.
یک ویژگی فیزیکی به‌نام توپولوژی
به گزارش scitechdaily یکی از ویژگی‌های شگفت‌انگیز این حالت جدید این است که الکترون‌ها در حالی که در یک آرایه منظم قرار دارند، می‌توانند برق را به‌طور بی‌وقفه از لبه‌های گرافن هدایت کنند. این پدیده به‌طور عجیبی با ویژگی‌های فیزیکی خاصی به‌نام "توپولوژی" در ارتباط است. توپولوژی ویژگی‌هایی از اشیا را توصیف می‌کند که در صورت تغییرات جزئی در شکل آنها تغییر نمی‌کنند و نمی‌توان آنها را به حالت اولیه بازگرداند.
تشابه با نوار موبیوس: پیچشی در الکترون‌ها
یک مثال روزمره از توپولوژی نوار موبیوس است. اگر یک نوار کاغذی را به حلقه‌ای تبدیل کنید و انتهای آن را بچسبانید، یک نوار موبیوس به‌دست می‌آید که تنها یک سطح و یک لبه دارد. این نوار قابل بازگشت به حالت اولیه خود نیست مگر اینکه پاره شود. حرکت الکترون‌ها در گرافن پیچیده شده مشابه این پیچش است، به طوری که در لبه‌ها جریان الکترون‌ها بدون مقاومت جریان پیدا می‌کند.
رایانه‌های کوانتومی
این کشف تنها یک کنجکاوی نظری نیست بلکه می‌تواند نقشی کلیدی در پیشرفت فناوری اطلاعات کوانتومی ایفا کند. محققان در حال بررسی راه‌هایی هستند که بتوانند این وضعیت الکترونی خاص را با ابررسانایی ترکیب کنند؛ گامی که می‌تواند منجر به ایجاد کیوبیت‌های جدید برای رایانه‌های کوانتومی نسل آینده شود.
یک جهش بزرگ در دنیای علم و فناوری
کشف حالت جدید کوانتومی در گرافن نه‌تنها یک دستاورد بزرگ در فیزیک مواد است بلکه می‌تواند نقشی حیاتی در شکل‌دهی به فناوری‌های آینده ایفا کند. این کشف با استفاده از ویژگی‌های پیچیده توپولوژی می‌تواند به ایجاد رایانه‌های کوانتومی قدرتمندتر و دقیق‌تر منجر شود و دریچه‌ای جدید به دنیای الکترونیک‌های آینده باز کند.