Blockdit Logo (Mobile)
Antnumber9
•
4 ม.ค. 2020 เวลา 14:30 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี
--"นักวิจัยถ่ายภาพโลกควอนตัมได้ที่ 1 ล้านล้านเฟรมต่อวินาที ด้วยเทคนิคเลเซอร์แบบใหม่เป็นครั้งแรก"--
หลายๆ คนอาจจะรู้มาพอสมควรแล้วว่าโลกของควอนตัมคืออะไร ถ้าพูดถึงคำว่า ควอนตัมแบบง่ายๆ มันก็คือการกล่าวถึงอาณาเขตในระดับเล็กกว่าอะตอมเข้าไปข้างใน ซึ่งภายในอะตอมนั้น ก็จะมีอนุภาคที่แสดงพฤติกรรมบางอย่างที่แปลกประหลาดกว่าสามัญสำนึกของเราจะพิจารณาได้เข้าใจอย่างถ่องแท้
1
แต่ก็ใช่ว่าจะไม่สามารถถอดรหัสจากพฤติกรรมดังกล่าวได้เลยเพราะสาขาที่ศึกษาสิ่งเหล่าได้ละเอียด ครอบคลุมการทำนายพฤติกรรมต่างๆ ก็คงหนีไม่พ้นสาขาฟิสิกส์ที่นำความแปลกประหลาดเหล่านี้มาใช้งาน
1
พฤติกรรมที่แปลกประหลาดในโลกของควอนตัมนั้นมีอะไรบ้าง เช่น อนุภาคสามารถมีพฤติกรรมเป็นคลื่นได้ด้วย อนุภาคสามารถอยู่หลายๆที่ในเวลาเดียวกันได้ด้วย อนุภาคพัวพัน สามารถสื่อสารได้เร็วกว่าแสงได้ด้วย และพฤติกรรมอื่นๆ เป็นต้น
และถ้าพูดถึงอนุภาคที่ถูกนำไปใช้งานมากที่สุดคงหนีไม่พ้นอิเล็กตรอน เพราะว่ามันจะเกี่ยวข้องกับไฟฟ้า ปฏิกิริยาเคมี ซึ่งสิ่งเหล่านี้มีความสำคัญอย่างมากกับความสะดวก สบายในชีวิตประจำวันของเรา ถ้าเราอยากเข้าใจมันให้มากขึ้นเราก็ต้องเห็นรูปแบบพฤติกรรมเหล่านี้อย่างชัดเจนยิ่งขึ้น นั่นก็คือการจับภาพอนุภาคเหล่านี้ในขณะที่มันกระทำต่อกัน แล้วเราจะจับภาพเหล่านี้ได้ยังไงนั้น ant จะเล่าให้ฟัง
เรื่องนี้เกิดจากนักวิจัยที่ University of British Columbia ที่สามารถบันทึกอันตรกิริยา (อันตรกิริยา คือ การกระทำระหว่างกันของอนุภาคตั้งแต่ 2 อนุภาคขึ้นไป) ของอิเล็กตรอนกับการสั่นของอะตอมภายในของแข็งว่าสิ่งเหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไร
"วิธีที่อิเล็กตรอนมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันในระดับสเกลขนาดเล็กนั้นจะเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทั้งหมดของของแข็งและถ้าเราสามารถระบุอันตรกิริยาเหล่านั้นได้อย่างละเอียด เราก็สามารถที่จะหาวิธีเปิด/ปิดกลไกของอันตรกิริยาแล้วล้วงเอาคุณสมบัติทางไฟฟ้าออกมาใช้ประโยชน์ได้มากที่สุด" MengXing Na นักศึกษาระดับปริญญาเอกของ University of British Columbia กล่าว
โดยการควบคุมอันตรกิริยาเหล่านี้ มีความสำคัญอย่างมากในเชิงเทคโนโลยีต่อการนำวัสดุควอนตัมไปใช้ประโยชน์ โดยไม่ว่าจะเป็น superconductors, MRI, รถไฟความเร็วสูง และในสักวันเราอาจจะสามารถปฏิวัติวิธีการขนส่งพลังงานด้วยก็เป็นได้
ซึ่งในสเกลของควอนตัมนั้น อะตอมภายในของแข็งทั้งหมดจะสั่นอย่างต่อเนื่องและรูปแบบของการสั่นของอะตอมทุกอะตอมภายในตัวกลางของแข็งนี้จะถูกเรียกว่า "โฟนอน (phonon)" ซึ่งการชนกันระหว่างอิเล็กตรอนกับอะตอม (โฟนอน) สามารถมองได้ว่าเป็น "การกระเจิง (scattering)" โดยที่การกระเจิงนี้ อาจทำให้อิเล็กตรอนเกิดการเปลี่ยนทิศและพลังงานของมันได้
และจากการได้รับความสนับสนุนจากมูลนิธิ Gordon and Betty Moore ทำให้ทีมนักวิจัยจาก Stewart Blusson Quantum Matter Institute (SBQMI) ของ UBC ได้พัฒนาเลเซอร์ extreme-ultraviolet ชนิดใหม่ขึ้นมาเพื่อใช้งานกับเทคนิคที่เรียกว่า time-resolved photoemission spectroscopy for visualizing electron scattering processes at ultrafast timescales
"เราจะใช้พัลส์เลเซอร์ (laser pulse) ย่านสั้นพิเศษ (ultrashort) กระตุ้นให้อิเล็กตรอนหนีจากสมดุล หลังจากนั้นเราก็จะใช้พัลส์เลเซอร์ (laser pulse) อีกลำทำหน้าที่เปรียบเสมือนเป็นชัตเตอร์กล้องจับภาพอิเล็กตรอนอนุภาคที่กระเจิงในบริเวณโดยรอบอะตอมในช่วงเวลาที่เร็วมากๆ กว่า 1 ล้านล้านเฟรมต่อวินาที และเนื่องจากประสิทธิภาพในการจับภาพด้วยอัตราเร็วที่สูง เราจึงสามารถจับภาพอิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นขณะมีอันตรกิริยากับการสั่นของอะตอม (โฟนอน) ได้เป็นคร้งแรกนั่นเอง"- Na กล่าว
1
นอกจากนี้นักวิจัยยังได้ดำเนินการทดลองกับแกรไฟต์ (graphite) ที่อยู่ในรูปของโครงผลึกและ Bucky balls เนื่องจากว่าอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้พื้นฐานของคาร์บอนกำลังเติบโตเป็นอย่างมาก ดังนั้นกระบวนการกระเจิงนี้จะนำไปสู่ขีดจำกัดของความต้านทานทางไฟฟ้า ที่ใช้งานกับอุปกรณ์นาโนอิเล็กทรอนิกส์
"ด้วยเทคนิคที่ได้ทำการบุกเบิกนี้ จะเผยให้เราเห็นถึงความลับที่ซ่อนอยู่ภายในวัสดุกึ่งตัวนำยวดยิ่งอุณหภูมิสูง (high-temperature superconductivity) และปรากฏการณ์ที่น่าสนใจอื่นๆ ในวัสดุควอนตัม" - Andrea Damascelli ผู้อำนวยการด้านวิทยาศาสตร์จากสถาบัน SBQMI กล่าว
ขอบคุณทุกท่านที่เข้ามารับชม ติดตามเรื่องราวดี ๆ ด้าน #วิทยาศาสตร์ #เทคโนโลยี และ #นวัตกรรม ได้ที่ #antnumber9 #มดหมายเลข9
#วัสดุนาโน #นักวิจัยถ่ายภาพโลกควอนตัม #เทคโนโลยีนาโน #เทคนิคเลเซอร์แบบใหม่ #laserPulse #เลเซอร์ #โฟนอน #phonon
โฆษณา