روشی برای انتقال انرژی بدون اتلاف کشف شد!

به گزارش مجله خبری نگار/برنا؛ پژوهشگران مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) در مطالعه‌ای جدید به راهی نوین برای انتقال انرژی بدون مقاومت دست یافتند که می‌تواند به پیشرفت‌های بزرگی در زمینه فناوری‌های انتقال انرژی، ابررسانایی و رایانه‌های کوانتومی منجر شود. آنها موفق شدند با شبیه‌سازی شرایطی که در آن الکترون‌ها بدون مقاومت در مرز‌های رسانا حرکت می‌کنند، به درک بهتری از این پدیده دست یابند.

در شرایط خاص، الکترون‌ها به جای حرکت درون رسانا که با مقاومت و اتلاف انرژی همراه است، می‌توانند در مرز‌های رسانا حرکت کنند. این پدیده به «حالت لبه‌ای» معروف است. در این حالت، الکترون‌ها بدون هیچ‌گونه اصطکاک یا مانعی در مسیری یک‌جهته و بدون اتلاف انرژی حرکت می‌کنند. اگرچه نظریه‌های فیزیکی این پدیده را توصیف کرده‌اند، اما مشاهده و بررسی دقیق آن به دلیل مدت زمان کوتاه این حالت، بسیار چالش‌برانگیز بوده است.

شبیه‌سازی با اتم‌های سدیم فوق‌سرد
در این مطالعه، محققان MIT به جای الکترون‌ها از حدود یک میلیون اتم سدیم فوق‌العاده سرد استفاده کردند. آنها با استفاده از لیزر، اتم‌ها را به داخل یک تله لیزری هدایت کرده و آنها را تا دما‌های بسیار پایین سرد کردند. سپس با ایجاد شرایط فیزیکی مشابه یک میدان مغناطیسی و معرفی یک حلقه نوری به عنوان مرز مواد، موفق شدند رفتار الکترون‌ها در حالت لبه‌ای را شبیه‌سازی کنند.

مارتین زویِرلِین، فیزیکدان مسئول این مطالعه، گفت: «در آزمایش ما، همان فیزیکی که برای الکترون‌ها رخ می‌دهد، در اتم‌ها نیز دیده می‌شود. اما این پدیده در اتم‌ها در مقیاسی بزرگ‌تر و در بازه زمانی طولانی‌تر رخ می‌دهد. به این ترتیب، ما توانستیم حرکت اتم‌ها را به دقت مشاهده و ثبت کنیم.»

جریان هماهنگ و بدون توقف
زمانی که اتم‌ها به حلقه نوری برخورد کردند، در یک خط مستقیم و یک جهت خاص شروع به حرکت کردند، مشابه حالتی که الکترون‌ها در مرز رسانا‌ها حرکت می‌کنند. حتی با معرفی موانع در مسیر، اتم‌ها همچنان به حرکت خود ادامه دادند و هیچ‌گونه انحرافی نداشتند. این رفتار نشان‌دهنده جریانی هماهنگ و بدون اصطکاک بود، مشابه آنچه در نظریه‌های فیزیکی درباره حالت لبه‌ای الکترون‌ها پیش‌بینی شده است.

زویِرلِین توضیح داد: «می‌توانید این اتم‌ها را به گلوله‌های مرمری تشبیه کنید که درون یک کاسه با سرعت زیاد می‌چرخند. آنها به دور لبه کاسه می‌چرخند و هیچ اصطکاک یا کندی در حرکت آنها وجود ندارد. این جریان زیبا و هماهنگ ادامه می‌یابد و هیچ اتمی نشت نمی‌کند.»

این مطالعه اولین باری است که چنین پدیده‌ای با موفقیت شبیه‌سازی شده است و محققان امیدوارند که نتایج آن به پیشرفت‌های جدیدی در زمینه‌های مختلف منجر شود. پدیده‌هایی مانند اثر کوانتومی هال، که به شدت با ابررسانایی مرتبط است، می‌تواند از این دستاورد‌ها بهره‌مند شود. این کشف همچنین می‌تواند به توسعه فناوری‌های پیشرفته‌تری در زمینه رایانه‌های کوانتومی و حسگر‌های دقیق کمک کند.

ریچارد فلچر، یکی از فیزیکدانان این تیم تحقیقاتی، گفت: «این تحقیق نمونه بسیار دقیقی از یکی از زیباترین بخش‌های فیزیک است و ما توانستیم به طور مستقیم اهمیت و واقعیت این پدیده را نشان دهیم.»

پژوهشگران همچنین قصد دارند در مطالعات بعدی خود، موانع و برهم‌کنش‌های بیشتری را به سیستم معرفی کنند تا رفتار این جریان‌های بدون مقاومت را در شرایط پیچیده‌تر نیز بررسی کنند.

این پژوهش در نشریه معتبر Nature Physics منتشر شده و می‌تواند راه را برای کشفیات بیشتر در زمینه انتقال انرژی و فناوری‌های نوین باز کند.