اكتشاف علمي مثير.. الضوء يكشف أسرار "بلورة فيغنر" الكمومية بعد قرن من التوقع

راقب فريق بحثي سلوكا غريبا للإلكترونات داخل قطعة شديدة الرقة من مادة شبه موصلة أرق من أن ترى بالعين المجردة، حيث تتوقف الإلكترونات عن الحركة كجسيمات منفردة وترتب نفسها في نمط منتظم يشبه البلورة عند درجات حرارة شديدة الانخفاض داخل طبقة واحدة من مادة تسمى "ثنائي سيلينيد التنجستن". تُعرف هذه الحالة باسم "بلورة فيغنر"، نسبة إلى الفيزيائي يوجين فيغنر الذي توقع قبل نحو قرن أن الإلكترونات قد تنتظم في شبكة إذا أصبحت طاقة التنافر بينها أكبر من طاقة حركتها.

في الدراسة الجديدة المنشورة في مجلة "نيتشر فيزيكس"، استخدم الباحثون طريقة بصرية لافتة بإرسال ضوء إلى طبقة رقيقة جدا من شبه الموصل وقراءة التغيرات الدقيقة في الضوء المنعكس. يقول توماش سمولينسكي، أستاذ الفيزياء في جامعة بازل والمؤلف الرئيسي للدراسة، إن أهمية العمل تكمن في رصد الطريقة التي تتفاعل بها هذه البلورة مع الضوء ليتحول إلى كيان هجين جديد يسمى "بولارون بلورة فيغنر".

أجرى الفريق تجاربه على جهازين من طبقة واحدة من ثنائي سيلينيد التنجستن محاطة بطبقات عازلة في جهاز تبريد يصل إلى 1.6 كلفن. وقد ظهرت إشارات تدل على بلورة فيغنر ومعها إشارات جديدة أضعف فسرها الباحثون على أنها بولارونات بلورة فيغنر. ووجد الباحثون أن هذه البولارونات تختفي عندما تذوب البلورة بزيادة كثافة الإلكترونات أو رفع درجة الحرارة حتى نحو 30 كلفن.

الأكثر إثارة أن الفريق استطاع التأثير في "حالة الدوران" أو الاتجاه الكمومي للإلكترونات بطريقتب مجال مغناطيسي خارجي وضوء دائري الاستقطاب، مما قد يفتح نافذة لدراسة مواد كمومية أكثر تعقيدا. وتمت الدراسة بدعم من المؤسسة الوطنية السويسرية للعلوم والمفوضية الأوروبية ومؤسسة الأبحاث الألمانية والاتحاد الأوروبي ووادي ميونيخ الكمي إضافة إلى دعم ياباني.