Nauka sięgnęła do nano struktur materii, tzn. do świata na
poziomie atomowym i jeszcze głębszej. Aby skorzystać z tej wiedzy trzeba było stworzyć narzędzia poznawcze i obudować to
teorią, Aby zrozumieć skomplikowane zjawiska jakie zachodzą na poziomie
nanostruktur (10 do - 9 m) należało uprościć skomplikowane układy do prostych
elementów, cząstek elementarnych, które nie koniecznie istnieją w
rzeczywistości.
Takie podejście pozwala na zrozumienie fizyki ciała stałego,
półprzewodników, materii skondensowanej oraz zjawisk nadprzewodnictwa
elektrycznego[1].
Zbliża się era, w której
zjawiska kwantowe będą podstawą nowoczesnych technologii. Mechanika
kwantowa znajduje zastosowanie przy
budowaniu: diod półprzewodnikowych, twardych dysków, pamięci
półprzewodnikowych, ekranów OLED, ogniw i baterii, detektorów promieniowania
UV-VIS-IR-GHz itp.). Przykładem może
być kropka kwantowa.
Kropka kwantowa to
niewielki obszar przestrzeni ograniczony w trzech wymiarach barierami
potencjału, nazywany tak, gdy wewnątrz uwięziona jest cząstka o długości fali
porównywalnej z rozmiarami kropki. Oznacza to, że opis zachowania cząstki musi
być przeprowadzony z użyciem mechaniki kwantowej. Kropki kwantowe
pierwsze zastosowanie znajdują w biologii i medycynie. Umożliwiają one śledzenia wędrówki wirusa w organizmie.
Oświetlone promieniowaniem o określonej długości fali kropki kwantowe, złożone
z m.in. z atomów złota lub krzemu emitują wyraźne światło umożliwiające
prześledzenie położenia (bądź trasy wędrówki) cząsteczek wirusa we wnętrzu żywej
tkanki. Nowe metody będą istotne w przypadku wirusa HIV, który corocznie zabija
kilka milionów osób (liczba ta stale wzrasta). Ponadto kropki kwantowe mogą
służyć jako doręczyciele mikroskopijnych porcji leków do określonych grup
komórek organizmu.
Medycyna wzbogaca się
o nowe technologie. To graniczy z bajką. Szerokie zastosowanie kropek
kwantowych przewiduje się w urządzeniach elektronicznych lub optycznych.
Zbliża się dzień, w którym Boga będziemy wielbić w Jego
naturze dynamicznej, lepiej rozumiejąc tajniki świata nadprzyrodzonego.
Można powiedzieć, ze deptamy Bogu "po piętach".
Wyszarpujemy tajniki materii i wiedzę na temat cegiełek i struktury naszego
wszechświata. To wszystko zadziwia. Jak Bóg musiał ukochać swoje dzieło, że dał
człowiekowi zrozumienie i umiejętności przetwarzania wszechświata.
Wobec tych
wielkości niczym są poczynania polskiego rządu i ekipy rządzącej. Patrzę na
nich jak na małe pełzające robactwo, które tylko podgryza. Mały karakan ma
ciągoty do wielkości, nie rozumiejąc istoty rzeczy. Musimy wytrzymać jeszcze dwa lata. Liczę na
Polaków, którzy widzą i czują. Trudny dziś wykład dedykuję tym mądralom, którzy
wszystko wiedzą najlepiej.
Obiekt materialny złożony jest z wielu elementów (atomów).
Ze względu na dużą ilość atomów w układzie opis jest skomplikowany, wręcz
niemożliwy. Uczeni znaleźli sposób uproszczenia. Przybliżają skomplikowany
układ teoretyczną cząstką
(kwazicząstką), która zachowuje właściwości dynamiczne układu. Kwazicząstki wprowadza się po to, by znacznie uprościć rachunki oraz
operować na prostszych obiektach. Można
je przyrównać do cegiełek elementarnych, z których można budować inne cegiełki.
Kwazicząstek jest nieskończenie wiele, tzn. tyle ile różnych modeli
i zjawisk,
w których można zastosować metody kwazicząstkowe. Do podstawowych typów
kwazicząstek można zaliczyć:
–fermiony o zrenormalizowanych własnościach w wyniku
oddziaływania z
ośrodkiem (polaron)
–układy oddziałujących fermionów (pary Coopera,
złożone fermiony)
Kwazicząstki, są to różne
rodzaje wzbudzeń w kryształach
w formalizmie kwantowym traktowane są jak cząstki elementarne podlegające
odpowiednim statystykom kwantowym (fermiony,
bozony),
można im przypisać pęd,
przemieszczają się w krysztale, podlegają rozpraszaniu i innym procesom typowym
dla cząstek.
Kwazicząstkami są m.in.: dziury przewodzące,
ekscytony,
fonony,
polarony,
fluktuony, fazony.
Inne na ten temat: Fermion,
Fonon, Masa efektywna,
Spinowe fale,
Plazmon,
Roton, Polaron,
więcej.
Naukowcom z University of
Cambridge udało się przeprowadzić separację
spinowo-ładunkową w wąskim przewodzie. Uzyskano w ten
sposób dwie kwazicząsteczki - spinony i holony. Zjawisko takie zostało
teoretycznie przewidziane przed ponad 40 laty. Separacja spinowo-ładunkowa
polega na rozpadzie elektronu na dwie kwazicząsteczki. Jedna z nich, spinon,
niesie spin elektronu, a druga, holon, jego ładunek.
W 1981 roku Duncan Haldane
przewidział, że w bardzo wąskim przewodzie elektrony zawsze zmodyfikują sposób
poruszania się i zajdzie "oddzielenie" magnetyzmu od ładunku, a więc
uzyskamy spinony i holony.
Jak twierdzą specjaliści, tego typu badania przybliżają
nas do kolejnej rewolucji w dziedzinie elektroniki. Możliwość powtarzania
takich eksperymentów, obserwacja zachowania spinonów i holonów dają nadzieję,
że w przyszłości nauczymy się kontrolować tego typu cząstki. To z kolei będzie
niezwykle przydatne w badaniach nadprzewodnictwa czy w pracach nad komputerami
kwantowymi.
[1] . Polską naukę reprezentuje Jacek
Szczytko (ur. 1972) – polski fizyk, doktor habilitowany nauk
fizycznych, specjalizujący się w fizyce ciała stałego i fizyce półprzewodników, adiunkt
na Wydziale Fizyki Uniwersytetu
Warszawskiego. Jego prace pokazują jak można wykorzystać zjawiska kwantowe do budowy nowych urządzeń oraz jak
wytłumaczyć zasady ich działania.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz