کشف یک ماده‌ کوانتومی که اجسام مخفی را آشکار می‌کند

به گزارش قائم آنلاین، به نقل از فیز، دوربین‌های مادون قرمز می‌توانند انسان‌ها و اجسام را با کمک گرمای ساطع شده از آنها شناسایی کنند. اکنون پژوهشگران موفق شده‌اند توانایی غیرعادی یک ماده را برای آشکار کردن هدف با پوشش ویژگی‌های گرمایی آن کشف کنند.

به گفته پژوهشگران، این اثر در طیف وسیعی از دما صدق می‌کند و شاید یک روز بتواند مزایایی را برای ارزیابی فناوری‌های نهان در آینده ارائه دهد.

نکته خاص در مورد این ماده، ماهیت کوانتومی آن و ویژگی‌هایی است که با فیزیک سنتی، قابل توضیح دادن نیستند. این پژوهش، گامی به سوی مشخص کردن ظرفیت کامل این ماده کوانتومی به شمار می‌رود.

این پروژه، با همکاری دانشمندان و مهندسان “دانشگاه ویسکانسین- مدیسن” (UW)، “دانشگاه هاروارد” (Harvard University)، “دانشگاه پردو” (Purdue University)، دانشگاه “ام.آی.تی” (MIT) و “آزمایشگاه ملی بروکهیون” (BNL) انجام شده است.

دوربین‌های مادون قرمز در حال حاضر فناوری جدیدی به شمار نمی‌روند. پژوهشگران در چندین سال اخیر، مواد دیگری را با استفاده از گرافین و سیلیکون سیاه ابداع کرده‌اند که در آنها تابش الکترومغناطیسی به کار رفته است و می‌توانند اجسام را از دید این دوربین‌ها مخفی کنند.

در هر حال، این که چگونه ماده کوانتومی این پژوهش می‌تواند یک دوربین مادون قرمز را فریب دهد، موضوعی منحصر به فرد است. این ماده کوانتومی، دمای ماده را از پرتو گرمایی آن جدا می‌کند. این ویژگی، خلاف رفتار ماده بر اساس قوانین بنیادین فیزیک است. این نوع جداسازی موجب می‌شود که اطلاعات مربوط به دمای یک جسم، از دوربین مادون قرمز پنهان بمانند.

این کشف، هیچ کدام از قوانین فیزیک را نقض نمی‌کند اما نشان می‌دهد که ممکن است این قوانین، انعطاف‌پذیرتر از حد تصور معمول باشند.

پدیده کوانتوم معمولا با شگفتی‌هایی رو به رو می‌شود. ویژگی‌های این ماده جدید موسوم به “اکسید ساماریوم نیکل” (samarium nickel oxide) تا دهه‌ها پیش از کشف آن به شکل یک راز باقی مانده بود.

“شریرام راماناتان” (Shriram Ramanathan)، استاد علوم مهندسی دانشگاه پردو، اکسید ساماریوم نیکل را به مدت ۱۰ سال مورد بررسی قرار داده است. پژوهشگران آزمایشگاه راماناتان در اوایل سال جاری دریافتند که این ماده، توانایی غیرمعمولی دارد تا در محیط‌ها کم اکسیژن، به عایق خوبی برای جریان الکتریکی تبدیل شود.

اکسید ساماریوم نیکل، یکی از معدود موادی است که می‌تواند در دماهای بالا، از حالت عایق رسانا به حالت رسانا تبدیل شود. “میخائیل کتز” (Mikhail Kats)، استادیار مهدنسی برق و رایانه دانشگاه ویسکانسین- مدیسن گفت: حدس من این است که موادی با این ویژگی‌ها می‌توانند قابلیت جدا کردن دما و تابش حرارتی را داشته باشند. ما امیدواریم که بتوان تابش حرارتی را برای کنترل انتقال گرما مهندسی کرد تا امکان شناسایی و کشف اجسام با کمک تصویربرداری مادون قرمز وجود داشته باشد.

پژوهشگران، لایه‌هایی از اکسید ساماریوم نیکل ابداع کردند و آنها را روی لایه‌هایی از یاقوت کبود قرار دادند. آنها انتشارات طیف‌سنجی را بررسی کردند و به ثبت تصویر مادون قرمز هر ماده هنگام گرم و سرد شدن آن پرداختند. اکسید ساماریوم نیکل برخلاف مواد دیگر، هنگام گرم شدن به شدت داغ شد و به ۱۰۵ تا ۱۳۵ درجه سلسیوس رسید.

راماناتان ادامه داد: معمولا هنگامی که یک ماده را گرم یا سرد می‌کنیم، مقاومت الکتریکی آن به آرامی تغییر می‌کند اما مقاومت اکسید ساماریوم نیکل در این آزمایش، به صورتی غیرمعمول تغییر کرد و این ماده از حالت عایق به حالت رسانا رسید.

کتز افزود: من باور دارم که این پژوهش نه تنها می‌تواند اطلاعات مخفی دوربین‌های مادون قرمز را ارائه دهد بلکه می‌تواند به ابداع گونه جدیدی از نورشناسی و بهبود دوربین‌های مادون قرمز کمک کند.