ایجاد اتم‌های مصنوعی سزیم در شبیه‌ساز کوانتومی

دانشمندان در یک مطالعه جدید از یک شبیه‌ساز کوانتومی حالت جامد برای ایجاد اتم‌های مصنوعی به منظور بررسی رفتار مولکول‌ها و ساختار اتمی استفاده کردند.

به گزارش ایران اکونومیست و به نقل از آی‌ای، مطالعه خواص کوانتومی ماده به دلیل عوامل زیادی مانند هزینه، پیچیدگی فنی، نیاز به تجهیزات تخصصی و ماهیت ظریف سیستم‌های کوانتومی چالش برانگیز است و رایانه‌ها و سیستم‌های کلاسیک نیز ظرفیت شبیه‌سازی دنیای پیچیده مکانیک کوانتومی را ندارند.

بیشتر بخوانید: اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!

شبیه‌سازهای کوانتومی به دانشمندان اجازه می‌دهند تا سامانه‌های کوانتومی را مطالعه کنند و مواد، خواص و پدیده‌های جدیدی را که قبلا ناشناخته بودند، کشف کنند.

شبیه‌سازهای کوانتومی می‌توانند رایانه‌های کوانتومی یا سیستم‌های فیزیکی باشند که برای کاوش ماده در کوچک‌ترین مقیاس‌ها استفاده می‌شوند.

گروهی از دانشمندان اکنون یک شبیه‌ساز کوانتومی حالت جامد برای شبیه‌سازی اوربیتال‌های مولکولی ساخته‌اند. این گروه تحقیقاتی به سرپرستی الکساندر خواجه‌توریان از دانشگاه رادبود هلند، از شبیه‌ساز کوانتومی برای ایجاد بنزن مصنوعی با استفاده از اتم‌های مصنوعی استفاده کردند.

ایجاد اتم‌های مصنوعی

این تیم پژوهشی ساخت اتم‌های سزیم مصنوعی را انتخاب کرد. اولین مرحله، انتخاب ایندیم آنتی‌موناید(InSb) به عنوان بستر بود. ایندیم آنتی‌موناید یک نیمه رسانای شکاف باند باریک است که رسانایی لازم، محصور شدن سطح و جدا شدن از مواد حجیم را برای ایجاد اتم‌های مصنوعی و مطالعه موثر رفتار آنها فراهم می‌کند.

سپس این تیم از تکنیک‌های میکروسکوپ تونلی روبشی و طیف‌سنجی برای ایجاد محصورات سطحی الکترون‌ها بر روی سطح نیمه‌رسانا استفاده کردند. به عبارت ساده، آنها الکترون‌ها را به سطوح یا حالت‌های انرژی خاص روی سطح نیمه رسانا محدود کردند.

میکروسکوپ تونلی روبشی(STM) گونه‌ای از میکروسکوپ کاوشگر روبشی است که بر اساس روبش سطح رسانا به‌وسیله نوک بسیار باریک(در حد چند نانومتر) و تغییر در میزان جریان عبوری بر حسب فاصله کار می‌کند. با این میکروسکوپ می‌توان نحوه آرایش اتم‌ها در سطح شبکه را به تصویر کشید. به عبارت دیگر تصویر ایجاد شده نشان دهنده آرایش فضایی نوار رسانش فلز یا نیمه هادی است. جریان در این گونه میکروسکوپ مستقیم(DC) است و جریان به صورت نمایی با فاصله نوک از نمونه رابطه دارد.

گام بعدی، محلی‌سازی اتم‌های سزیم بود. آنها از اتم‌های سزیم بسیار الکترومثبت یا آزاد کننده الکترون در سطح نیمه رسانا استفاده کردند. اتم‌های سزیم الکترون‌ها را به حالت محدود در شکاف باند نیمه‌رسانا آزاد کردند و یک گاز الکترونی دوبعدی تشکیل دادند.

این گاز الکترون دوبعدی چندان قوی با مواد حجیم جفت نمی‌شود، به این معنی که رفتار و خواص گاز الکترون دوبعدی نسبتا مستقل و متمایز از خواص مواد حجیم است. این کار به آنها اجازه داد تا اتم‌های مصنوعی و ساختارهای مولکولی تشکیل شده توسط اتم‌های سزیم را مطالعه و دستکاری کنند.

در نهایت، آن‌ها اتم‌های سزیم را در حالت‌های موضعی مرتب کردند، به طوری که این ساختار، شبیه به اتمی بدون هسته یا حلقه سزیمی بود. این حلقه‌های سزیمی پتانسیل‌های الکترومغناطیسی شبیه به پتانسیل‌های میان اتم‌های واقعی را نشان می‌دهند.

از اتم‌های مصنوعی تا مولکول‌های مصنوعی

این تیم کار خود را با مرتب کردن اتم‌های مصنوعی در مولکول‌های مصنوعی، از جمله بوتادین‌ها و بنزن مصنوعی ادامه دادند.

بوتادین‌ها گروهی از ترکیبات آلی هستند که معمولاً در تولید لاستیک مصنوعی استفاده می‌شوند و بنزن نیز یک ترکیب آلی است که در تولید مواد شیمیایی مختلف و به عنوان حلال در صنایعی مانند داروسازی، رنگ و چسب استفاده می‌شود.

پژوهشگران شواهدی از هیبریداسیون sp2 را در مدل‌های دو بعدی خود مشاهده کردند که به اختلاط اوربیتال‌های اتمی برای تشکیل اوربیتال‌های مولکولی اشاره دارد. هیبریداسیون sp2 قابل توجه است، زیرا توانایی اتم‌های مصنوعی را برای تقلید پیوندهای شیمیایی نشان می‌دهد که‌ می‌تواند برای مطالعه مواد و خواص جدید مورد استفاده قرار گیرد.

دنیل وگنر، یکی از نویسندگان این مقاله در یک بیانیه مطبوعاتی گفت: ما اکنون می‌توانیم بازی‌های فکری را انجام دهیم که قبلا فقط یک نظریه‌پرداز می‌توانست با کدنویسی بر اساس نظریه تابعی چگالی(DFT) و در تصور خود ترتیب پیوند یک مولکول را تغییر دهد. یک شیمیدان نمی‌تواند این کار را انجام دهد. یک شیمیدان فقط می‌تواند آنچه را که طبیعت تعیین می‌کند که حالت پایه است، ترکیب کند. اما هیچ آرامشی در زمینه اتم‌های مصنوعی وجود ندارد. آنها نمی‌توانند به خودی خود تثبیت شوند و حرکت کنند، بلکه ما آنها را حرکت می‌دهیم.

این یافته بینش‌های ارزشمندی را در مورد رفتار اوربیتال‌های مولکولی و تعامل بین ساختارهای اتمی و خواص الکترونیکی حاصل ارائه می‌کند که به درک عمیق‌تر پیوندهای شیمیایی کمک می‌کند و به طور بالقوه راه را برای اکتشافات جدید در شیمی کوانتومی و علم مواد هموار می‌کند.

یافته‌های این مطالعه در مجله Science منتشر شده است.

 

منبع: خبرگزاری ایسنا برچسب ها: اتم مصنوعی ، شبیه‌ساز کوانتومی ، عصر کوانتوم

منبع: ایران اکونومیست

کلیدواژه: اتم مصنوعی استفاده کردند نیمه رسانا برای ایجاد

درخواست حذف خبر:

«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت iraneconomist.com دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «ایران اکونومیست» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۸۰۳۹۴۳۹ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.

با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.

خبر بعدی:

هوش مصنوعی ناشناخته‌های کیهان را کشف می‌کند

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا، فناوری هوش مصنوعی و یادگیری ماشین با کاربرد‌های متنوع در تجزیه و تحلیل داده‌ها، امنیت سایبری، توسعه داروسازی، آهنگسازی و سایر صنعت‌ها در همه جا فراگیر شده‌اند. نجوم نیز از موضوع بسیار سودمند بوده؛ هوش مصنوعی برای مرتب‌سازی حجم عظیمی از داده‌ها برای جستجوی ناشناخته‌های کیهان استفاده می‌شود.

به گفته تیم بین المللی از اخترفیزیکدانان، اکتشاف‌هایی بدین صورت ابتدای مسیری است که هوش مصنوعی می‌تواند در آن شگفتی بیافریند.

محققان باور دارند، هوش مصنوعی می‌تواند درباره سیاره زمین و تاریخچه آن بسیاری از اطلاعات مهم و جدید را فراهم کند. این فناوری پیشرفته می‌تواند از داده‌های بزرگ و پیچیده‌ای که از نجوم و فیزیک برداشت می‌شود، به همراه الگوریتم‌ها و مدل‌های پیش‌بینی برای درک عمیق‌تر از جهان استفاده کند.

یکی از حوزه‌هایی که هوش مصنوعی می‌تواند در مورد کیهان کمک کند، بررسی داده‌های نجومی است. به کمک این فناوری، می‌توان از داده‌های تلسکوپ‌ها به طور موثر و بهینه برای تشخیص و مدل‌سازی اجرام فضایی استفاده کرد و الگوریتم‌های یادگیری عمیق را بر روی تصاویر نجومی پیاده کرد تا به شناسایی موارد ناشناخته در اجرام فضایی و کهکشان‌ها منجر شود.

همچنین، هوش مصنوعی می‌تواند در مطالعه کیهان و پایش رفتار آن کمک کند. با استفاده از مدل‌ها و الگوریتم‌های پیچیده، این فناوری قادر است الگو‌های جدیدی در پدیده‌های فیزیکی مختلف مانند تغییرات جو بر روی سیارات یا رخداد‌هایی نظیر انفجار‌های نجومی کشف کند.

به طور کلی، هوش مصنوعی می‌تواند تا حد زیادی به افزایش دقت و سرعت تحقیقات نجومی و فیزیکی کمک کند و ما را به درک بهتر و عمیق‌تر از جهان و جایگاه ما در آن نزدیکتر کند.

انتهای پیام/