دانشمندان برای اولین بار هندسه الکترون را ترسیم کردند.

در پژوهشی جدید که در دو مقاله Physical Review Letters و Physical Review B منتشر‌ شده‌ است، خبر از این می‌دهد که دانشمندان برای اولین بار هندسه الکترون را ترسیم کردند. دانشمندان می‌توانند با استفاده از نقاط کوانتومی و گیر‌اندازی الکترون‌ها، شکل هندسی تابع موج و در نتیجه اسپین آن‌ها را کنترل‌ کنند.

می‌دانیم که تعدادی پروتون و نوترون در هسته وجود‌ دارند و تعداد زیادی الکترون نیز در اطراف آن‌ها در حال چرخش هستند. احتمالا این را هم می‌دانید که شکل این ذرات دقیقا به شکل کره‌ها‌ی کوچک جدا‌گانه نیست و این فقط تصویری است که معمولا نشان می‌دهند.

الکترون‌ها شکل مشخصی ندارند؛ گاهی مانند ذرات نقطه‌ای و گاهی شبیه موج رفتار می‌کنند و بسته به انرژی، شکل خود را عوض می‌کنند. اکنون برای اولین بار فیزیکدان‌ها شکل یک الکترون در یک اتم مصنوعی را نمایش داده‌اند.

در این تکنیک از نقاط کوانتومی استفاده می‌شود. نقاط کوانتومی، شبه رساناهای کوچک کریستالی در مقیاس نانو هستند. احتمالا در مورد فناوری نمایش با نقاط کوانتومی مانند نمایشگر‌ها‌ی QLED شنیده‌اید اما از این تکنولوژی فقط برای تماشا‌ی فیلم سینمایی انتقام‌جویان (Avengers) با کیفیت بالا استفاده نمی‌شود؛ بلکه کاربرد آن بسیار گسترده‌تر است.

به نقاط کوانتومی، اتم‌ها‌ی مصنوعی نیز گفته می‌شود چرا که این ذرات می‌توانند الکترون‌ها را به دام بیندازند و به‌وسیله‌ی میدان الکتریکی، حرکت آن‌ها را در سه بعد محدود‌ کنند. الکترون‌ها‌ی به دام انداخته‌شده به‌گونه‌ای رفتار می‌کنند که به نظر می‌رسد این الکترون‌ها در قید یک اتم هستند و در محل به‌خصوص خود قرار دارند.

پژوهشگران با استفاده از طیف‌سنج، سطوح انرژی یک نقطه‌ی کوانتومی را تعیین‌ می‌کنند. به این وسیله، پژوهشگران می‌توانند رفتار نقطه‌ی کوانتومی را در اثر تغییرات اندازه و جهت میدان مغناطیسی مشاهده کنند.

همین بررسی‌ها به گروه پژوهشی این امکان را داد تا بتوانند شکل تابع موج الکترون‌ها‌ی گیر انداخته‌شده توسط نقاط کوانتومی را در مقیاس کوچک‌تر از نانو‌متر، محاسبه کنند.

دانیال لاس، فیزیکدان دانشگاه باسل گفت: ما برای اولین بار از این روش برای نشان دادن شکل واقعی الکترون استفاده‌ کردیم.

اما قضیه به همین‌جا ختم نمی‌شود. پژوهشگران با تنظیم کردن میدان الکتریکی توانستند طرز حرکت الکترون را تغییر‌ دهند و در همین حال، اسپین آن‌ها را نیز به روش بسیار دقیقی کنترل‌ کنند.

این کار تاثیر زیادی بر پژوهش‌ها و فناوری‌های آینده خواهد‌ گذاشت. این کار در پژوهش‌ها‌ی مربوط به در‌هم‌تنیدگی کوانتومی نیز بسیار مؤثر خواهد بود؛ چرا که برای درهم‌تنیده کردن الکترون‌ها یا هر ذره‌ی دیگر، لازم است تابع موج دو ذره در راستا‌ی یک صفحه‌ی مشترک قرار‌ داشته‌ باشند. توانایی کنترل تابع موج الکترون بسیار مفید خواهد‌ بود و کاربرد‌های گسترده‌ای خواهد‌ داشت.

در این فناوری می‌توان از نرخ اسپین الکترون‌ها در کیو بیت (کوچک‌ترین واحد اطلاعات در یک کامپیوتر کوانتومی) استفاده‌ کرد؛ اما این کار تنها در صورتی امکان‌پذیر است که بتوان اسپین را کنترل کرد. از آنجایی که اسپین الکترون تا حدودی به شکل هندسی آن وابسته است، این روش می‌تواند برای کنترل اسپین نیز استفاده‌ شود.