Miçiqan Universitetinin tədqiqatçıları tətbiq olunan elektrik sahəsi və ya elektrik enerjisi mənbəyi tələb etmədən elektronların hərəkətini istiqamətləndirmək üçün lazer işığından istifadə edən yarımkeçirici cihaz hazırlayıblar.

Cihaz əsasən fundamental fizikanı araşdırmaq və əvvəllər heç vaxt müşahidə olunmayan bir davranışı nümayiş etdirmək üçün hazırlanmışdır. Lakin, bu kəşf nəticədə optika və elektronikanı birləşdirən texnologiyaları, o cümlədən qabaqcıl sensor, görüntüləmə və telekommunikasiya texnologiyalarını dəstəkləyə bilər. Bu, həmçinin cihazlar arasında siqnalların ötürülməsinin və onların daxilində daha çox məlumatın kodlaşdırılmasının daha yaxşı yollarına gətirib çıxara bilər.

“Lurie Nanofabrikasiya Müəssisəsində istehsal etdiyimiz bu elektrik cihazı işığın müxtəlif aspektlərini ölçən bir şeyə çevrilmək potensialına malikdir”, – deyə UM Fizika Bölməsində doktorantura tələbəsi kimi layihəyə rəhbərlik edən Yiming Gong bildirib. “Lakin bu, fizikanın çox fundamental səviyyəsindən, yəni müxtəlif optik udma prosesləri arasındakı müdaxilədən qaynaqlanır.”

İki Rəngli İşığın Birbaşa Elektron Axını

ABŞ Milli Elm Fondunun federal dəstəyi ilə komanda iki fərqli rəngli işığın yarımkeçiricidən mütəşəkkil elektron axını yarada biləcəyini nümayiş etdirdi. Tədqiqatçılar həmçinin işıq dalğalarının salınım istiqamətini təsvir edən iki optik sahənin polyarizasiyasını fırlatmaqla həmin cərəyanın istiqamətini dəyişdirə bildilər.

“İşlər normalda belə işləmir. Elektronların bir materialdan hərəkət etməsini düşündüyünüz zaman, onlar hərəkət edirlər, çünki siz elektrik sahəsi tətbiq etmisiniz və onlar əslində materialların üzərindən sıçrayır və sürüşürlər. Burada işıqdan istifadə edərək, elektrik sahəsi tətbiq etmədən elektronları müəyyən bir istiqamətə püskürdə bilərsiniz”, – deyə komandanın Physical Review Letters jurnalında dərc olunmuş yeni hesabatının baş müəllifi, UM fiziki Stiven Kandiff bildirib .

Əvvəlki tədqiqatlar artıq işığın təkcə elektronların hərəkətinə səbəb ola biləcəyini göstərmişdi. Yeni təcrübə dar bir elektron axını yaratmaqla və onun hərəkət istiqamətini idarə etməklə daha da irəli gedir.

“İşıq artıq sadəcə cərəyanı yandırmır; o, həm də onu hədəfləyir”, – deyə Kandiff bildirib.

Elektronlardan Hazırlanmış Mayak Şüası

Kandiff bu effekti lampası fırlanarkən üfüqdə bir şüanı süpürən bir mayakla müqayisə edir. Lakin bu təcrübədə hərəkət edən şüa elektronlardan ibarətdir. Alimlər iki fazalı koherent optik sahənin polyarizasiyasını tənzimləməklə həmin elektron şüasını fırlada bilərlər.

Təsir kvant müdaxiləsindən asılıdır. Bu, iki rəngli işıq yarımkeçiricini müxtəlif udma yollarından keçirdikdə baş verir və bu yollar nəticədə eyni son vəziyyətə gətirib çıxarır. İşıq enerjini materiala fotonlar adlanan diskret və ya kvantlaşdırılmış paketlər şəklində çatdırır. Daha sonra həmin fotonlar yarımkeçiricinin elektrik yük daşıyıcılarını səfərbər edir.

UM quruluşunda material daxil olan işığı eyni anda iki yoldan udur. Cundiff prosesi üst-üstə düşən dalğalanmalarla müqayisə etdi. Bir istiqamətdə hərəkət edən elektronlar üçün dalğalanmalar bir-birini hizalayır və gücləndirir. Digər istiqamətlərdə hərəkət edən elektronlar üçün isə onlar bir-birini ləğv edirlər.

Bu selektiv möhkəmləndirmə, material boyunca bərabər yayılmaq əvəzinə, müəyyən bir istiqamətdə cəmləşən bir cərəyan yaradır.

Çoxdan proqnozlaşdırılan kvant cihazı reallığa çevrilir

Əvvəlki layihədə tədqiqatçılarla əməkdaşlıq edən Toronto Universitetindən JE Sipe belə bir “elektron mayak”ın yaradıla biləcəyini proqnozlaşdırmışdı. Gong nəticədə Lurie Nanofabrikasiya Müəssisəsinin köməyi ilə bu nəzəri ideyanı işləyən bir qurğuya çevirdi.

“LNF inanılmaz bir qurğudur”, – deyən Qonq əlavə etdi ki, cihazın materiallarını kənar elektrik sahələri yaratmayan şəkildə birləşdirmək çox əziyyətli bir prosesdir.

Arzuolunmaz elektrik sahələrinin qarşısını almaq xüsusilə vacib idi, çünki tədqiqatçılar elektron axınının tamamilə işıqdan gəldiyini təsdiqləməli idilər. Cihazın istehsalı üçün Qonq və müəssisənin işçiləri müxtəlif istehsal üsulları ilə təcrübə aparmalı idilər.

“Bu, mənim üçün həll edilməli olan ən böyük tapmaca idi, çünki bunu etməyin standart yolu yoxdur. Buna görə də istehsal prosesi yaratmaq üçün LNF heyəti ilə birlikdə müxtəlif reseptlər və temperaturlarla işləmək üzərində çalışdım.”

Layihə zamanı Cundiff ilə işləmiş keçmiş postdoktorantura alimi və hazırda Çinin Sun Yat-Sen Universitetində elektronika və informasiya professoru olan Kai Wang da Gong-a məsləhət verib.

Qonq o vaxtdan bəri UM-də doktorluq dərəcəsi alıb və hazırda Çikaqoda maşın öyrənməsi üzrə alim kimi çalışır. Bu vəzifədə o, fizika tədqiqatları zamanı inkişaf etdirdiyi kəmiyyət və analitik bacarıqlarını maşın öyrənməsindəki problemlərə tətbiq edir.