الاختراق الكمي يفتح إمكانات “المواد المعجزة” للإلكترونيات المستقبلية

وقد لاحظ فريق البحث تأثيرات Floquet في الجرافين، مما يمهد الطريق لتقنيات جديدة مبتكرة.

الجرافين هو مادة “معجزة” رائعة، تتكون من طبقة واحدة رقيقة من ذرات الكربون المترابطة بإحكام والتي تظل مستقرة وعالية التوصيل. هذه الصفات تجعلها ذات قيمة للعديد من التقنيات، بما في ذلك الشاشات المرنة، وأجهزة الكشف الحساسة، والبطاريات عالية الأداء، والخلايا الشمسية المتقدمة.

دراسة جديدة أجراها جامعة غوتنغن بالتعاون مع فرق في براونشفايغ وبريمن في ألمانيا، وكذلك فريبورغ في سويسرا، يُظهر أن الجرافين قد يكون أكثر تنوعًا مما كان يُعتقد سابقًا.

لأول مرة، حدد الباحثون بشكل مباشر “تأثيرات Floquet” في الجرافين. هذا الاكتشاف يجيب على سؤال طويل الأمد: هندسة الندف – وهو النهج الذي يستخدم نبضات ضوئية دقيقة لضبط خصائص المادة – يمكن تطبيقها أيضًا على المواد الكمومية المعدنية وشبه المعدنية مثل الجرافين. يظهر العمل في فيزياء الطبيعة.

مراقبة حالات الفلوكيت

استكشف الفريق حالات Floquet في الجرافين باستخدام طريقة تُعرف باسم مجهر زخم الفيمتو ثانية. من خلال هذا النهج، يتم تحفيز المادة أولاً عن طريق دفقات سريعة للغاية من الضوء، ثم يتم فحصها بنبضة ضوئية ثانية تصل في وقت لاحق قليلاً. ويسمح هذا التوقيت للعلماء بمتابعة التغيرات السريعة التي تحدث داخل المادة.

يوضح الدكتور ماركو ميربولت، الفيزيائي في جامعة غوتنغن والمؤلف الأول للدراسة: “تثبت قياساتنا بوضوح أن تأثيرات Floquet تحدث في طيف الانبعاث الضوئي للجرافين”. “وهذا يوضح أن هندسة Floquet تعمل بالفعل في هذه الأنظمة – وأن إمكانات هذا الاكتشاف هائلة.”

وتبين الدراسة أن هندسة الفلوكيه تعمل في العديد من المواد. وهذا يعني أن الهدف المتمثل في تصميم مواد كمومية ذات خصائص محددة – والقيام بذلك باستخدام نبضات الليزر في وقت قصير للغاية – أصبح يقترب.

نحو تقنيات المستقبل

إن تصميم المواد بهذه الطريقة لتطبيقات محددة يمكن أن يشكل الأساس لتكنولوجيا الإلكترونيات والكمبيوتر وأجهزة الاستشعار في المستقبل.

يقول البروفيسور مارسيل روتزل، الذي قاد البحث في غوتنغن مع البروفيسور ستيفان ماتياس: “نتائجنا تفتح طرقًا جديدة للتحكم في الحالات الإلكترونية في المواد الكمومية بالضوء. وقد يؤدي هذا إلى تقنيات يتم فيها التلاعب بالإلكترونات بطريقة مستهدفة ومضبوطة”.

ويضيف ريوتزل: “الأمر المثير بشكل خاص هو أن هذا يمكننا أيضًا من دراسة الخصائص الطوبولوجية. وهي خصائص خاصة ومستقرة جدًا ولها إمكانات كبيرة لتطوير أجهزة كمبيوتر كمومية موثوقة أو أجهزة استشعار جديدة للمستقبل”.

المرجع: “تم الكشف أخيرًا عن حالات الفلوكيه في الجرافين” بقلم جوليان ماديو، وكيشاف م. داني، 19 يونيو 2025، فيزياء الطبيعة.
دوى: 10.1038/s41567-025-02939-0

تم إجراء هذا البحث بواسطة مؤسسة الأبحاث الألمانية (DFG) عبر مركز الأبحاث التعاونية بجامعة غوتنغن “التحكم في تحويل الطاقة على المقاييس الذرية”.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل, يكتشف، و أخبار.