الکترون‌هایی که در حال گردش در اطراف پیچ هستند - دنیای فیزیک

محققان آمریکایی با الهام از جریان هوا در اطراف بال‌های هواپیما، برای اولین بار الکترون‌های برانگیخته‌شده با نور را در حال جریان در اطراف خم‌های تیز تصویر کردند. از آنجایی که چنین خم‌هایی اغلب در مدارهای اپتوالکترونیکی یکپارچه یافت می‌شوند، مشاهده «خطوط» الکترون‌ها می‌تواند منجر به بهبود در طراحی مدار شود.

بیش از 80 سال پیش، فیزیکدانان ویلیام شاکلی و سایمون رامو به صورت تئوری نشان دادند که وقتی الکترون ها در اطراف خم ها حرکت می کنند، خطوط جریان آنها به صورت موضعی فشرده می شوند و گرما تولید می کنند. با این حال، تا به حال، هیچ کس این اثر را مستقیماً اندازه‌گیری نکرده بود، زیرا مشاهده خطوط جریان نور الکترونی - یعنی جریان‌های الکتریکی القا شده توسط نور - از طریق یک دستگاه کار بسیار دشوار است.

در کار جدید، که در شرح داده شده است مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم، محققان به رهبری فیزیکدانان ناتانیل گابور و دیوید مایس از دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید یک دستگاه هتروساختار میکرومغناطیسی ساخته شده از یک لایه پلاتین بر روی زیرلایه گارنت آهن ایتریوم (YIG) ساخته و آن را در یک میدان مغناطیسی دوار قرار داد. آنها سپس یک پرتو لیزر را به YIG هدایت کردند که باعث گرم شدن دستگاه و ایجاد پدیده ای به نام اثر نور نرنست شد. این اثر است که جریان نوری را تولید می کند.

رعایت الگوی کلی خطوط جریان

میز توضیح می دهد که با تغییر جهت میدان مغناطیسی خارجی، تیم "جریان را به گونه ای تزریق می کند که ما نه تنها محل منبع، بلکه جهت آن را نیز کنترل کنیم." علاوه بر این، او می‌افزاید، «معلوم می‌شود که وقتی پاسخ الکترونیکی را در حین انجام این کار بارها و بارها اندازه‌گیری می‌کنید، در نهایت الگوی کلی خطوط جریان را مشاهده می‌کنید.»

محققان برای نشان دادن قدرت تکنیک خود، آزمایش‌ها را روی دستگاه اصلاح‌شده‌ای به نام الکتروفویل تکرار کردند که آنها را قادر می‌سازد تا خطوط جریان نوری را منقبض، فشرده و گسترش دهند به همان روشی که بال‌های هواپیما جریان هوا را منقبض، فشرده و گسترش می‌دهند. در هر دو سناریو، خطوط جریان نشان دهنده جهت جریان است که بیشترین پاسخ را در هر نقطه ارائه می دهد، همانطور که توسط قضیه شاکلی و رامو پیش بینی شده است.

مایز می گوید: «در اواخر دهه 1930، این دو فیزیکدان برجسته دریافتند که یک بار آزاد در یک دستگاه برای القای پاسخ الکتریکی لازم نیست به الکترود برسد. دنیای فیزیک. در عوض، حرکت بارهای رایگان بر روی تمام شارژهای دیگر دستگاه به دلیل نیروی کولن تأثیر می گذارد.

شاکلی و رامو توانستند نشان دهند که خطوط جریان نه تنها جهت جریان "ترجیح" دستگاه را نشان می دهند، بلکه الگوی جریان جریان از طریق آن را نیز نشان می دهند به گونه ای که گویی ما به سادگی یک انتهای دستگاه را بایاس کرده ایم و به زمین متصل شده ایم. دیگر."

اجتناب از نقاط داغ

گابور خاطرنشان می کند که توانایی تعیین محل فشرده شدن خطوط جریان جریان در یک دستگاه می تواند به طراحان مدار کمک کند تا از ایجاد چنین نقاط داغ محلی اجتناب کنند. او می‌گوید: «نتایج مطالعه ما همچنین نشان می‌دهد که نباید ویژگی‌های خمش تیز در مدار الکتریکی خود داشته باشید،» و اضافه کرد که سیم‌های انحنای تدریجی «در حال حاضر پیشرفته نیستند».

الکترون ها در اولین مشاهده اثر اسپین نرنست گرم می شوند

محققان اکنون در حال بررسی راه‌هایی برای افزایش وضوح تکنیک خود هستند و در عین حال دستگاه‌ها و مواد جدید را نیز آزمایش می‌کنند. به طور خاص، آنها مایلند خطوط جریان را در دستگاه‌هایی که به شکل هندسی شکل می‌گیرند، مانند «دریچه تسلا» که جریان الکترون را در یک جهت محدود می‌کند، اندازه‌گیری کنند.

گابور می‌گوید: «ابزار اندازه‌گیری ما روشی قدرتمند برای تجسم و توصیف دستگاه‌های اپتوالکترونیکی جریان شارژ است. ما امیدواریم که ایده‌های خود را به سمت مواد نوظهور جدید که شامل اثرات مغناطیسی Nernst مانند و رفتار جریان جریان نامتعارف است، پیش ببریم.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/electrons-caught-going-around-the-bend/