فیزیک‌دانان در ایالات متحده برای ساختِ یک «پوشش در برابرِ الکترون (چیزی که از دیدِ الکترون‌ها پنهان می‌ماند)» راهی ارایه کرده‌اند. با الهم‌گرفتن از پوشش‌هایی که اجسام را در برابرِ نور یا صوت نامریی می‌کند، پوشش در برابرِ الکترون‌ها نیز باید از لایه‌ی نازکی ساخته شود که کلفتیِ آن برابر با طولِ موجِ الکترون‌هایی‌ست که قرار است از آن‌ها پنهان شود. گرچه این طراحی هنوز در آزمایش‌گاه آزموده نشده است اما می‌توان آن برای ساختِ ابزارهای نوینِ الکترونیکی به‌کار برد. این طرح شاید حتی به ظهورِ موادِ ترموالکتریکِ بهتری بیانجامد که کارِ تولید و تبدیلِ انرژی را بهتر انجام ‌دهند.

پوشش‌های ساخته‌شده از نانوساختارها، الکترون‌ها را کارآمدتر می‌کنند

پژوهش‌گران پیش‌تر توانسته بودند «پوشش‌های نامریی‌کننده» بسازند که اجسام را در برابرِ امواجِ الکترومغناطیسی پنهان می‌کرد. این پوشش‌ها از «متامواد» ساخته می‌شوند که موادی مصنوعی با خاصیت‌های اپتیکیِ ویژه مانند ضریبِ شکستِ منفی هستند. این ساختارها به ترتیبی چیده می‌شوند که امواجِ فرودی بر آن‌ها، به صورتِ هموار در اطرافِ پوشش چرخیده و به پشتِ آن می‌روند، گویی اصلاً پوششی سرِ راهِ آن‌ها نبوده است. برای ساختِ پوشش‌هایی که در برابرِ امواجِ صوتی نامریی هستند نیز همین اصل به‌کار رفته است.

هسته و پوسته

با سپاس از مکانیکِ کوانتومی، الکترون‌ها رفتارِ موج‌گونه دارند و هم‌اینک محاسباتِ جدیدی که به دست Gang Chen و هم‌کارانش در موسسه‌ی فن‌آوریِ ماساچوست (MIT) انجام شده پیش‌نهاد می‌کند که ساختِ پوششی در برابر الکترون‌ها نیز ممکن است. این پژوهش‌گران طرحی عملی را منتشر کرده‌اند که از نانوذراتی ساخته شده که دارای یک هسته‌ی درونی و یک پوسته‌ی بیرونی هستند. این نانوذراتِ هسته-پوسته‌ای را می‌توان در یک نیم‌رسانای میزبان چنان غوطه‌ور کرد که وجودشان، جریانِ الکترون‌ها را برهم نزند.

الکترون‌ها معمولاً در طولِ مسافتی معین و پیش از آن‌که فازِ امواجشان توسطِ پراکندگی به‌هم بریزد، مسیر را به صورتِ موج می‌پیمایند. در طولِ این مسافت که طولِ ترابردِ هم‌دوس نامیده می‌شود، ذرات ویژگی‌های رفتارِ موج‌گونه را از خود به نمایش می‌گذارند، ویژگی‌هایی مانندِ برهم‌نهیِ دامنه‌ها (یا تداخل).

بازتابِ امواجِ الکترونی

Bolin Liao که یکی از اعضای این گروهِ پژوهشی‌ست چنین توضیح می‌دهد: «در طراحیِ این پوشش در برابر الکترون‌ها، که ما آن را ارایه کرده‌ایم اساساً نانوذراتِ هسته-پوسته‌ای مرزهایی چندگانه تولید می‌کند که امواجِ الکترونی را بازمی‌تابانند. با تنظیمِ دقیقِ این مرزها، امواجی که برای چندمین‌بار از این مرزها بازتاب شده‌اند با یکدیگر تداخلِ ویران‌گر انجام می‌دهند و بنابراین با تقریبِ خوبی، کل امواجِ بازتابی کاملاً حذف می‌شوند. به این ترتیب آن دسته از امواجِ الکترونی که دارای «انرژیِ درست» هستند، می‌توانند از میانِ ساختارِ نانوذره‌ای بگذرند بی‌آن‌که بازتابیده شوند، چنان که گویی هیچ چیزی بر سرِ راهِ آن‌ها قرار نگرفته است». اندازه‌ی این ساختارهای متشکل از نانوذرات تقریباً برابر است با طولِ موجِ الکترون‌های فرودی. به عنوان نمونه در مطالعه‌ای که در MIT انجام شده این اندازه در حدودِ 10 نانومتر است.

بنا به گفته‌ی Chen ، چنین پوشش‌هایی ممکن است در جاهایی کاربرد پیدا کنند که جنبشِ زیادِ الکترون‌ها لازم است، مانندِ الکترونیکِ نیم‌رساناها. وی می‌افزاید: «هم‌چنین ممکن است بتوانیم کلید‌های الکترونیکیِ نوینی بسازیم که میانِ حالت‌های مریی (حالتِ باز) و نامریی (حالتِ بسته) سوییچ کنند. علاوه بر این، نمودارِ بستگیِ پراکندگیِ الکترون نسبت به انرژی در موردِ هر ساختاری می‌تواند بسیار متفاوت باشد. این بستگی می‌تواند زمینه را برای برخی کاربردها فراهم کند که در سازوکارِ پراکندگی‌هایی به‌کار می‌آیند که بسیار وابسته به انرژی هستند. به عنوانِ نمونه، سازوکارهایی که در ابزارهای ترموالکتریکی به‌کار می‌آیند».

این گروهِ پژوهشی هم‌اکنون سرگرمِ تلاش برای ساختِ یک نونه‌ی واقعی از پوشش در برابر الکترون‌ها با استفاده از نانوذراتِ هسته-پوسته‌ای‌ست تا به این ترتیب تئوری‌ها را به عمل تبدیل کند. Mona Zebarjadi که عضوی دیگر از این گروه است می‌گوید: «ما هم‌چنین در پی آن هستیم که ایده‌ی خود را به ساختارهایی در بعدهای پایین‌تر گسترش دهیم».

این کار در Physical Review Letters  با جزییات توضیح داده شده است.

نویسنده: Belle Dumé

منبع

http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/oct/02/new-cloak-promises-to-be-invisible-to-electrons