اكتشف فريق من جامعة UNIGE بنية هندسية كان يُعتقد سابقًا أنها نظرية بحتة في جوهر المواد الكمومية، مما يفتح الباب أمام تطورات كبيرة في مجال الإلكترونيات المستقبلية.

كيف يمكن معالجة المعلومات على الفور تقريبًا، أو تدفق التيار الكهربائي دون فقدان الطاقة؟ ولتحقيق هذه الأهداف، يركز الباحثون في كل من الأوساط الأكاديمية والصناعية بشكل متزايد على المواد الكمومية، التي تعمل وفقًا لقواعد الفيزياء على أصغر المقاييس.

يتطلب إنشاء هذه المواد فهمًا عميقًا للسلوك على المستوى الذري، وهو مجال لا يزال بعيدًا عن الفهم الكامل. الباحثون من جامعة جنيف (UNIGE)حقق الباحثون، الذين يعملون مع زملائهم في جامعة ساليرنو ومعهد CNR-SPIN (إيطاليا)، تقدمًا كبيرًا من خلال تحديد شكل خفي من الهندسة لم يتم التنبؤ به سابقًا إلا من خلال النظرية. تغير هذه الهندسة المسارات التي تتبعها الإلكترونات بطريقة تشبه كيفية انحناء الجاذبية لمسار الضوء. النتائج التي توصلوا إليها، نشرت في علوم، أشير إلى إمكانيات جديدة للإلكترونيات الكمومية.

تعتمد تقنيات المستقبل على مواد ذات قدرات استثنائية متجذرة في فيزياء الكم. هذا التحول مدفوع بدراسة المادة على المقاييس المجهرية، والتي تقع في قلب علم الكم. على مدى القرن الماضي، أدى البحث في كيفية تصرف الذرات والإلكترونات والفوتونات داخل المواد إلى اختراع الترانزستورات، وفي نهاية المطاف إلى أجهزة الكمبيوتر الحديثة.

واليوم، يواصل العلماء الكشف عن التأثيرات الكمومية التي تتحدى النماذج النظرية القديمة. تشير الأبحاث الحديثة إلى أنه في بعض المواد، يمكن أن يظهر شكل من أشكال الهندسة عندما يتم النظر إلى أعداد كبيرة من الجسيمات معًا. يبدو أن هذا الهيكل الهندسي يؤثر على كيفية تحرك الإلكترونات عبر المادة، بطريقة تحاكي وصف أينشتاين للجاذبية التي تشكل مسار الضوء.

من النظرية إلى الملاحظة

تعكس هذه الهندسة، المعروفة باسم القياس الكمي، انحناء الفضاء الكمي الذي تتحرك فيه الإلكترونات. إنه يلعب دورًا حاسمًا في العديد من الظواهر على المستوى المجهري للمادة. ومع ذلك، فإن الكشف عن وجودها وآثارها لا يزال يمثل تحديًا كبيرًا.

يعود مفهوم القياس الكمي إلى حوالي 20 عامًا، ولكن لفترة طويلة كان يُنظر إليه على أنه بناء نظري بحت. يوضح أندريا كافيجليا، الأستاذ ومدير قسم فيزياء المادة الكمومية في كلية العلوم بجامعة UNIGE، أنه في السنوات الأخيرة فقط بدأ العلماء في استكشاف تأثيراتها الملموسة على خصائص المادة.

بفضل العمل الأخير، اكتشف الفريق الذي يقوده باحث UNIGE، بالتعاون مع كارمين أورتيكس، الأستاذ المشارك في قسم الفيزياء في جامعة ساليرنو، قياسًا كميًا عند السطح البيني بين أكسيدين – تيتانات السترونتيوم وألومينات اللانثانوم – وهي مادة كمومية معروفة. يوضح جياكومو سالا، الباحث المشارك في قسم فيزياء المادة الكمومية في كلية العلوم بجامعة UNIGE والمؤلف الرئيسي للدراسة: «يمكن الكشف عن وجودها من خلال ملاحظة كيفية تشويه مسارات الإلكترون تحت التأثير المشترك للمجالات المغناطيسية الكمومية والمجالات المغناطيسية الشديدة المطبقة على المواد الصلبة».

إطلاق العنان لتقنيات المستقبل

إن مراقبة هذه الظاهرة تجعل من الممكن وصف الخصائص البصرية والإلكترونية وخصائص النقل للمادة بدقة أكبر. يوضح فريق البحث أيضًا أن القياس الكمي هو خاصية جوهرية للعديد من المواد، على عكس الافتراضات السابقة.

“تفتح هذه الاكتشافات آفاقًا جديدة لاستكشاف وتسخير الهندسة الكمومية في مجموعة واسعة من المواد، مع ما يترتب على ذلك من آثار كبيرة على الإلكترونيات المستقبلية التي تعمل في تيراهيرتز الترددات (تريليون هيرتز)، وكذلك الموصلية الفائقة والتفاعلات بين الضوء والمادة.

المرجع: “المقياس الكمي للإلكترونات مع قفل زخم الدوران” بقلم جياكومو سالا، وماريا تيريزا ميركالدو، وكليفيس دومي، وستيفانو جاريجليو، وماريو كوكو، وكارمين أورتيكس، وأندريا د. كافيجليا، 21 أغسطس 2025، علوم.
دوى: 10.1126/science.adq3255

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