جزيرة الذهب كما العبارة الإلكترون

طريقة العد للإلكترونات تسمح بتعريف جديد لأمبيرات الوحدة

قراءة بصوت عال

بحثًا عن تعريف جديد أكثر دقة لوحدة التيار الكهربائي Ampere ، طور الباحثون الآن تقنية يمكن أن تضع معيارًا جديدًا. يتم لعب الدور الرئيسي بواسطة "تيار" من ذرات الذهب التي تنقل الإلكترونات بكميات قابلة للقياس بدقة. بفضل هذه الطريقة ، يمكن تعريف أمبير واحد في المستقبل بعدد الإلكترونات التي تنتقل في فترة زمنية محددة.

تعد المعايير الإلزامية ضرورية لجميع وحدات القياس والقياسات. ومع ذلك ، مع التكنولوجيا المتطورة باستمرار ، يجب أن تكون هذه المواصفات أكثر دقة أيضًا. وهكذا ، يتم تحديد الثانية اليوم من خلال العمليات الذرية في بعض الساعات الذرية ويتم الحفاظ عليها ، في جملة أمور ، في المعهد الفيزيائي التقني الفيدرالي في برونزويك. تخدم إشارة الوقت المتولدة هناك ملايين الساعات الراديوية كمصدر للوقت الرسمي. حتى أفضل الساعات الذرية الحالية توضح الوقت بدقة بحيث يجب أن تعمل لمدة 30 مليون سنة حتى ينتج خطأ في الثانية.

{} 1L

أمبير: التعريف الدقيق المطلوب

يختلف هذا عن الوحدة الحالية Ampere: لا يعتمد معيارها على التأثير الميكانيكي الكم ، ولكن التعريف الذي نشأ منذ عام 1948. وفقًا لذلك ، يتوافق أحد الأمبير مع التيار المتدفق عبر سلكين طويلين بلا حدود يمتدان على التوازي على مسافة متر واحد من المقطع العرضي الذي لا يُذكر ، ويسبب قوة 200 مليار نيوتن بينهما. ومع ذلك ، لا يمكن تنفيذ هذه الشروط في الممارسة العملية بالدقة المطلوبة اليوم. لذلك ، لم تعد تستخدم وهناك حاجة إلى تعريف جديد.

إن العد البسيط للإلكترونات يمكن تصوره لأن التيار الكهربائي ، من وجهة نظر كهربائية ، ليس سوى شحنة منقولة في كل مرة. وهكذا يمكن تعريف الأمبير بعدد الإلكترونات المنقولة في فترة زمنية معينة. يتبع الفيزيائي دانييل كونيج من جامعة لودفيغ ماكسيميليانز في ميونيخ طريقة جديدة لتحقيق مثل هذا المعيار الكهربائي عالي الدقة القائم على نقل الإلكترونات الفردية. عرض

جزيرة الذهب باعتبارها nanofoam

لقد نجح في بناء nanofoam للإلكترونات ، والتي يمكن أن تفعل ذلك تماما. يتكون النانوفوم من جزيرة ذهبية يبلغ قطرها حوالي 100 نانومتر ، أي حوالي الجزء الخمسمائة من عرض الشعرة. تقع الجزيرة في وسط سلك نيتريد السيليكون المتوتر الرقيق. عندما يصنع السلك ليهتز ، يشبه إلى حد كبير سلسلة الكمان ، تتحرك الجزيرة ذهابًا وإيابًا بين اتصالين كهربائيين مثبتين على الجانب.

وبهذه الطريقة ، يمكن نقل الإلكترونات ميكانيكياً من جهة اتصال إلى أخرى بمجرد استخدام الجهد الكهربائي بين جهات الاتصال. تشحن الجزيرة الإلكترونات عند جهة الاتصال سالبة الشحنة وتتأرجح إلى جهة الاتصال الموجبة الشحنة ، حيث يتم تفريغ الإلكترونات. يعتمد عدد الإلكترونات المنقولة عن طريق الاهتزاز قبل كل شيء على حجم الجهد المطبق بين جهات الاتصال. يؤدي قياس التيار كدالة للجهد بشكل مثالي إلى منحنى قياس على شكل درج.

نقل الإلكترون تدريجيا

يستغل أن تتصدى الإلكترونات لبعضها البعض بسبب شحنتها ذاتها. تمنع الإلكترونات التي وصلت إلى الجزيرة بهذه القوة البغيضة التي يمكن أن يتبعها المزيد من الإلكترونات. وهكذا فإن كل مرحلة تقابل زيادة الشحنة المنقولة لكل ذبذبة بواسطة إلكترون واحد. وبالتالي ، يمكن تحديد عدد الإلكترونات المنقولة لكل اهتزاز عن طريق العد خطوة بسيطة.

لقد قطع الباحثون في ميونيخ الآن خطوة حاسمة نحو هذا الحصار المزعوم. لقد تمكنوا من ملاحظة خاصية الجهد الحالي كما هو متوقع من النماذج النظرية. ومع ذلك ، فإنه لا يُظهر أي مراحل بعد ، حيث يتم نقل عدد متغير من الإلكترونات لكل تذبذب حاليًا بواسطة تقلبات الطاقة الحرارية.

من أجل تحقيق معيار حالي ، يجب أن يكون عدد الإلكترونات الجزرية دائمًا كما هو. يتم تحقيق ذلك الآن عن طريق تخفيض درجة الحرارة وتقلبات الطاقة المرتبطة بها بالإضافة إلى تقليل حجم جزيرة الذهب في مختبرات M nchner. على المدى الطويل ، مع التصغير الكافي للجزيرة ، يمكن تصور أن تكون قادرة على عد الإلكترونات حتى في درجة حرارة الغرفة. قد يكون لهذا الأمر أهمية كبيرة في مجال أجهزة الاستشعار الحساسة للغاية ، كما سيكون من الممكن أيضًا دمج الأنابيب النانوية في أدوات القياس واستخدامها كمعيار داخلي للمعايرة.

براءات الاختراع في انتظار

إن إمكانات التطبيقات الممكنة كبيرة ، بحيث تم تسجيل براءة الاختراع التقني من قبل LMU بالتعاون مع تحالف براءات الاختراع البافاري. نتائج البحوث أيضا فتح طرق جديدة في البحوث الأساسية. من حيث المبدأ ، يمكن استخدام nanofiber من حيث المبدأ للتحقق من دقة الثوابت الطبيعية.

تم إنشاء العمل الذي يتم تقديمه حاليًا في "Nature Nanotechnology" كجزء من "مجموعة النظم المتناهية في ميونخ" (NIM) لمجموعة التميز ، والتي وضعت لنفسها هدفًا لتطوير الهياكل النانوية الوظيفية والتحقيق فيها للتطبيقات في معالجة المعلومات والطب والاستعداد للاستخدام.

(جامعة ميونيخ ، 10.07.2008 - NPO)