مکانیسم بلور‌های زمانی چگونه است؟

به گزارش مجله خبری نگار/سیناپرس، بلور‌های زمانی برخلاف بلور‌های معمولی که ساختار آنها در فضا به‌صورت منظم تکرار می‌شود، سامانه‌هایی هستند که الگوی رفتاری آنها در زمان تکرار می‌شود. در پژوهش جدید، فیزیک‌دانان موفق شدند چند بلور زمانی را در بخش‌های مختلف یک نیمه‌رسانا ایجاد کنند و رفتار آنها را بررسی کنند.

هماهنگی بلور‌های زمانی در فاصله ۴۰ میکرومتری

محققان دریافتند: دو سامانه نوسانی الکترون-هسته‌ای که تا حدود ۴۰ میکرومتر از یکدیگر فاصله داشتند، می‌توانند فرکانس‌های متفاوت خود را کنار گذاشته و به یک فرکانس مشترک برسند. این هماهنگی در فاصله‌های بیشتر از بین می‌رود و هر نوسان‌گر دوباره با ریتم مستقل خود عمل می‌کند.

بررسی‌ها نشان داد که انتقال اسپین الکترون‌ها در ماده، نقش واسطه ارتباط میان این بلور‌های زمانی را ایفا می‌کند. به بیان دیگر، الکترون‌های دارای قطبش اسپینی می‌توانند اطلاعات مربوط به نوسان را درون نیمه‌رسانا منتقل کرده و باعث هماهنگی بلور‌های زمانی جدا از یکدیگر شوند.

سامانه مورد بررسی از یک نیمه‌رسانای آرسنید گالیوم-ایندیم ساخته شده است که در دمایی نزدیک به صفر مطلق قرار دارد. تابش پیوسته لیزر موجب شکل‌گیری برهم‌کنش میان اسپین الکترون‌ها و هسته‌های اتمی شده و این برهم‌کنش، نوسان‌های پایدار و خودبه‌خودی را ایجاد می‌کند.

پژوهشگران پیش‌تر نشان داده بودند که این نوع بلور زمانی از پایداری بالایی برخوردار است. اکنون یافته جدید نشان می‌دهد که این سامانه‌ها نه‌تنها می‌توانند به‌طور مستقل نوسان کنند، بلکه قادرند با نمونه‌های دیگر در نقاط مختلف یک ماده نیز ارتباط برقرار کرده و به یک رفتار جمعی برسند.

از ساعت‌های آونگی تا بلور‌های زمانی

این پدیده شباهت مفهومی جالبی به مشاهدات «کریستیان هویگنس» در قرن هفدهم دارد؛ زمانی که او دریافت دو ساعت آونگی نصب‌شده روی یک تکیه‌گاه مشترک، پس از مدتی نوسان خود را با یکدیگر هماهنگ می‌کنند.

با این تفاوت که در آزمایش جدید، میان بلور‌های زمانی هیچ اتصال مکانیکی وجود ندارد. در عوض، انتقال اسپین الکترون‌ها درون نیمه‌رسانا باعث ایجاد این ارتباط و هماهنگی می‌شود.

گامی به‌سوی شبکه‌های جدید اسپینی

پژوهشگران معتقدند هماهنگی چندین بلور زمانی می‌تواند به ایجاد یک سامانه بزرگ‌تر و منسجم‌تر منجر شود. چنین قابلیتی امکان بررسی رفتار‌های جمعی، انتقال اطلاعات و پویایی‌های پیچیده در شبکه‌های نوسانی حالت جامد را فراهم می‌کند.

این دستاورد همچنین می‌تواند در آینده برای توسعه شبکه‌های مبتنی بر اسپین و فناوری‌های نوین اسپین‌ترونیک کاربرد داشته باشد؛ حوزه‌ای که به‌جای بهره‌گیری صرف از بار الکتریکی، از ویژگی اسپین الکترون‌ها برای پردازش و انتقال اطلاعات استفاده می‌کند.