نیروی خلا ؛ مهم و تاثیرگذار!

خلا، خالی نیست و نیروی خلا واقعیت دارد! ممکن است جادویی به نظر برسد، اما این مسئله فیزیکدانان را از آغاز تولد مکانیک کوانتومی به خود مشغول کرده است. فضای خالی به طور مداوم می‌جوشد و افت وخیزهایی از نور را حتی در دمای صفر مطلق تولید می‌کند. همانطور که در ادامه‌ی این مقاله خواهیم دید، این فوتون‌های مجازی آماده‌ی استفاده‌اند و می‌توانند نیروها را حمل کرده و ویژگی‌های ماده را تغییر دهند. با دیپ لوک همراه باشید…

دانشمندانی از موسسه ماکس پلانک هامبورگ آلمان، از طریق محاسبات نظری و شبیه سازی‌های کامپیوتری نشان داده‌اند که نیروی بین الکترون‌ها و انحرافات شبکه در یک ابررسانای دو بعدی نازک را می‌توان با نیروی خلا کنترل کرد. یافته‌ای که می‌تواند منجر به توسعه‌ی ابررساناهای جدید برای دستگاه‌های ذخیره‌ی انرژی و بسیاری از موارد جالب دیگر شود.

نیروی خلا مسول اثر کازیمیر است: وقتی دو صفحه‌ی فلزی موازی از یک خازن را بسیار نزدیک به یکدیگر حرکت دهیم، جاذبه‌ای قابل اندازه‌گیری، اما کوچک از نظر میکروسکوپی بین آنها تولید می‌شود، حتی اگر صفحات به طور الکتریکی، باردار نباشند. این جاذبه، با تبادل فوتون‌های مجازی بین صفحات ایجاد می‌شود؛ مانند دو اسکیت‌باز روی یخ که توپی را به عقب و جلو پرت می‌کنند و اگر توپ، نامرئی بود، تصور می‌کردیم نیرویی دافع بین آنها عمل می‌کند.

اکنون گروهی از دانشمندان مقاله‌ای در مجله‌ Science Advances منتشر کرده‌اند که ارتباطی بین نیروی خلا و مواد مدرن برقرار می‌کند. آنها می‌خواستند بدانند اگر ابررسانای دمای بالای دو بعدی آهن سلنید (FeSe) روی بستری از SrTio_۳ در فضای بین دو صفحه‌ی فلزی قرار بگیرد، جاییکه دو فوتون مجازی، عقب و جلو می‌روند، چه رخ می‌دهد.

نتیجه‌ی نظریه‌ها و شبیه‌سازی های آنها این است که: نیروی خلا امکان جفت شدن الکترون‌های سریع لایه‌ی دو بعدی با نوسانات شبکه‌ای بستر را به طور بسیار قدرتمندی امکان‌پذیر می‌کند. جفت شدگی الکترون‌های ابررسانایی و نوسانات شبکه‌ی بلوری، رکن اصلی ویژگی‌های مهم بسیاری از مواد است. محققان می‌گویند:

ما هنوز در آغاز درک این فرآیندها هستیم. مثلا ما نمی‌دانیم نور خلا چقدر می‌تواند روی نوسانگرهای سطح، اثر بگذارد. ما در مورد شبه ذرات نور و فونون‌ها صحبت می‌کنیم که پولاریتون های فونون نامیده می‌شوند.

در عایق‌های سه بعدی، پولاریتون‌های فونون دهه‌ها پیش و توسط لیزر اندازه گیری شدند. اما این قلمروی جدیدی است که مواد کوانتومی دو بعدی پیچیده‌ی جدیدی مورد توجه قرار گرفته‌اند. محققان در مورد احتمالات جدید چنین توضیح می‌دهند:

نظریه‌ها و شبیه سازیهای عددی در کار ما، عنصر کلیدی توسعه‌ی نسل جدید تکنولوژی‌های کوانتومی هستند و محققان را برای بازنگری مسائل قدیمی برهمکنش بین نور و ساختار ماده ترغیب خواهد کرد.

به نظر آنها، دانشمندان در حال وارد شدن به عصر جدیدی از طراحی عملکردهای ترکیبات شیمیایی، به ویژه در مواد دو بعدی و ملکول‌های پیچیده هستند. نیروی خلا به آنها در این جستجو کمک خواهد کرد.