تکنولوژی
کشف دوقلوی اثر هال ۱۴۵ ساله برای تقویت ارتباطات کوانتومی و 6G به بعد
مطالعه جدیدی از محققان دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا نشان میدهد نسخه جدیدی از اثر هال وجود دارد که بدون نیاز به میدان مغناطیسی کار میکند و میتواند به توسعه تکنولوژیهای ارتباطی نسل بعد کمک کند.
{"p": "در سال ۱۸۷۹، فیزیکدان آمریکایی ادوین هال اثر معروف هال را پیشنهاد کرد، که توضیح میدهد چگونه ولتاژی در یک هادی تولید میشود وقتی جریان الکتریکی در حضور میدان مغناطیسی از آن میگذرد."},{"p": "حتی پس از ۱۴۵ سال، اثر هال همچنان مرتبط باقی مانده و در کاربردهای مختلف امروزی مانند پهپادها، حسگرهای نزدیکی، شارژرهای خودرو برقی، موتورهای DC، دیسکهای سخت و غیره نقش مهمی ایفا میکند."},{"p": "با این حال، مطالعه جدیدی از محققان دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا (PSU) نسخه جدیدی از اثر هال را پیشنهاد میکند که نیازی به میدان مغناطیسی برای کارکردن ندارد. ژیقیانگ مائو، یکی از نویسندگان مطالعه و استاد در PSU، گفت: 'در این کار، ما اولین مشاهده اثر هال غیرمتقارن غولپیکر در دمای اتاق را گزارش میکنیم.'"},{"p": "این اثر میتواند به توسعه نسل بعدی برنامههای ارتباطات تراهرتز مثل مراکز داده بیسیم، شبکههای پرسرعت 6G، تکنولوژیهای پیشرفته تصویربرداری پزشکی، و تکنولوژیهای ماهوارهای قابل اعتمادتر کمک کند. علاوه بر این، پتانسیل این را دارد که سیستمهای کوانتومی کارآمد و کاربردهای ارتباطات کوانتومی را ایجاد کند."},{"h2": "علم پشت اثر هال جدید"},{"p": "اثر هال سنتی شامل یک پاسخ متقارن است که در آن جریان همیشه ولتاژی در زاویه راست نسبت به جریان و میدان مغناطیسی تولید میکند، بدون توجه به جهت جریان."},{"p": "از سوی دیگر، اثر هال پیشنهادی جدید مستقلی از جهت است زیرا شامل انتقال بار غیرمتقابل است. به این معنی که جریان الکتریکی وقتی جهتش معکوس میشود به همان ترتیب عمل نمیکند. بنابراین اگر جریان را به یک سمت بفرستید، به طور متفاوتی نسبت به زمانی که آن را به سمت مخالف میفرستید، جریان مییابد و عدم تعادل یا نامتقارنی در سیستم ایجاد میکند."},{"p": "علاوه بر این، نویسندگان مطالعه تحقیقات اشاره میکنند که 'برخلاف اثر هال سنتی که توسط نیروی ناشی از میدان مغناطیسی هدایت میشود، اثر هال غیرمتقابل ناشی از حرکت الکترونهای رسانش است - که ذراتی هستند که بار الکتریکی را حمل میکنند.'"},{"p": "این تفاوتها اثر هال غیرمتقابل را برای اصلاح کوانتومی مفید میسازد، که شامل تبدیل جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) است زیرا نامتقارنی در جریان بر اساس جهت میتواند کنترل کارآمد جریان را ممکن سازد."},{"p": "این اثر میتواند نقشی در فتوکشف داشته باشد، جایی که سیگنالهای الکتریکی از نور تولید میشوند، زیرا رفتار وابسته به جهت حاملهای بار میتواند به تشخیص و واکنش به نور به روشهای خاص کمک کند."},{"p": "مائو افزود: 'ما همچنین پتانسیل کاربرد این اثر را برای مخلوطسازی فرکانس پهنباند و تشخیص مایکروویو بیسیم را به نمایش گذاشتیم. این نشاندهنده پتانسیل گسترده استفاده از دستگاههای هال غیرمتقابل برای ارتباطات تراهرتز، تصویربرداری و برداشت انرژی است.'"},{"h2": "نمایش انتقال بار غیرمتقابل"},{"img": "توصیفی از ریزساختار با نانو ذرات پلاتین به عنوان مثلثهای قرمز بر روی بستر سیلیکون آبی رنگ"},{"p": "به طور معمول، ولتاژ هال به دلیل تعامل ذرات باردار (مانند الکترونها) با میدان مغناطیسی تولید میشود. طبق قانون اهم، جریان از هادی به طور مستقیم متناسب با ولتاژ است و بنابراین ولتاژ هال باید در صورت عدم وجود میدان مغناطیسی صفر باشد."},{"p": "با این حال، یافتههای جدید این قاعده را به چالش میکشند. محققان اثر هال جدید را در یک ریزساختار که شامل نانوذرات پلاتین ساختاریافته بر روی یک نیمههادی سیلیکونی است، مشاهده کردند. هنگامی که جریان از این ریزساختار عبور کرد، یک ولتاژ هال حتی بدون میدان مغناطیسی تشخیص داده شد."},{"p": "این ولتاژ متناسب با مربع جریان بود. این نتیجه از یک تعامل نامتقارن بین الکترونهای رسانش و نانوذرات پلاتین ساختاریافته در دمای اتاق بود، به گفته نویسندگان مطالعه."},{"p": "مائو گفت: یافتهها حتی جالبتر است زیرا به طور معمول بررسیهای این رفتارها نیاز به دماهای پایینتر از 280 درجه فارنهایت دارند."},{"p": "علاوه بر این، این کشف دانش ما درباره انتقال بار را پیشبرد میکند و میتواند به تکنولوژیهای ارتباطی پیشرفته منجر شود."},{"p": "مطالعه در مجله Nature Materials منتشر شده است."}