Łączna liczba wyświetleń

sobota, 27 maja 2017

Kwazicząstki


        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)
bozonowe wzbudzenia układu fermionów (fonony)
eniony (z ang. anyons) nie będące bozonami ani fermionami
          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.


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