Zinātniekiem ir izdevies sasniegt ko līdz šim uzskatīja par neiespējamu. Pirmo reizi vēsturē grafeenā kustīgie elektroni ir pārspējuši sava veida “skaņas ātrumu”. Šis atklājums būtiski maina mūsu priekšstatu par elektroniku un var pavērt pavisam jaunu lapu kvanttehnoloģiju attīstībā. Sausu teorētisku modeļu vietā pētnieki novēroja parādību, kas atgādina aerodinamiskos procesus ap virsskaņas ātrumā lidojošām lidmašīnām.
Miniatūra “reaktīvā dzinēja” sprausla grafeenā
Elektronu paātrināšana līdz šādam līmenim kļuva iespējama, pateicoties īpašai struktūrai, kas atgādināja miniatūru reaktīvā dzinēja sprauslu. Elektroni tika paātrināti līdz vairāk nekā 435 kilometriem sekundē, izraisot strauju elektriskā potenciāla lēcienu – skaidru triecienvilņa pazīmi.
Šī parādība parādījās tieši brīdī, kad strāvas plūsmas ātrums pārsniedza elektroniskā skaņas ātruma robežu, un dubultslāņa grafeens izrādījās šādam eksperimentam ideāls materiāls. Pārsteidzoši, ka efekts tika sasniegts, izmantojot ļoti vienkāršu ģeometriju.
Jums varētu patikt šie:
Elektroni vispirms tika paātrināti sašaurinātā sekcijā, sasniedza maksimālo ātrumu pašā šaurākajā punktā un pēc tam palēninājās paplašinošajā daļā, kur izveidojās vilnis. Tieši šo brīdi uzskata par virsskaņas plūsmas rašanos – stāvokli, kad informācija no augšējās zonas vairs nespēj ietekmēt visu plūsmu. Aviācijas inženieriem šis efekts ir labi zināms, taču tagad tas pirmo reizi novērots elektronu mikropasaulē.
Precīzi mērījumi atklāj slēpto mikropasauli
Lai šādu parādību droši apstiprinātu, bija nepieciešamas ārkārtīgi jutīgas mēraparatūras. Zinātnieki izmantoja Kelvina spēka mikroskopiju, kas ļauj ar ļoti augstu precizitāti noteikt lokālos elektriskos potenciālus. Mērījumi atklāja lokveida apgabalu ar gandrīz vienmērīgu potenciālu – tas iezīmēja brīdi, kad elektronu plūsmas enerģija pārvērtās siltumā.
Tā ir klasiska triecienvilņa pazīme, tikai šoreiz mikroskopiskā mērogā. Vēl interesantāk – mainot strāvas plūsmas virzienu, vilnis pārvietojās līdz ar to. Kad pētnieki pievienoja magnētisko lauku, efekts pilnībā pazuda, kas apstiprināja, ka novērotajai parādībai ir patiesa hidrodinamiska izcelsme.
Viens no lielākajiem izaicinājumiem bija samazināt elektroniskā skaņas ātruma robežu līdz līmenim, ko var sasniegt eksperimentāli. Tipiskos pusvadītājos tā ir ap 9500 kilometriem sekundē. Izrāvienu izdevās panākt tikai tad, kad tika samazinātas papildu kapacitatīvās sastāvdaļas, kas līdz šim uzturēja šo robežu tik augstu.
Elektronikas nākotne pēc skaņas barjeras pārvarēšanas
Šis atklājums var būtiski izmainīt mūsu līdzšinējo izpratni par elektroniku. Kad elektroni kustas ātrāk par “skaņu”, ierīces sāk uzvesties pavisam citādi nekā līdz šim. Pēc zinātnieku domām tas var pavērt ceļu jaunai ierīču paaudzei, kas būs ievērojami ātrākas, jutīgākas un spēs radīt īpaši augstas frekvences signālus – kaut ko tādu, kas līdz šim pastāvēja galvenokārt teorētiskos aprēķinos.
Jums varētu patikt šie:
Turklāt šī parādība paver jaunas iespējas kvantisko šķidrumu izpētei, nodrošinot dziļāku izpratni par to, kā spiediens un viskozitāte mainās atkarībā no vielas blīvuma vai temperatūras. Šāda pieeja var paātrināt jaunu materiālu izstrādi un pilnveidot signālapstrādes tehnoloģijas.
Ja turpmākie eksperimenti būs sekmīgi, elektronika var ieiet jaunā laikmetā, kur pat mikroskopiskas strāvas plūsmas uzvedīsies kā virsskaņas ātrumā lidojošas lidmašīnas – ar pavisam jauniem un neparastiem fizikas efektiem, kas līdz šim bija tikai teorētiskas prognozes.
