العلماء يبتكرون جهاز “الصوت الكمي” الذي يعمل بالقرب من الصفر المطلق

ويمكن لهذه التكنولوجيا أن تدعم التقدم في أنظمة الاتصالات عالية السرعة، وأدوات الاستشعار، والمواد البيولوجية، والتقنيات الطبية.

الباحثون في جامعة ماكجيل ابتكروا جهازًا جديدًا ينتج الفونونات، وهي جسيمات مرتبطة بالصوت، في ظل ظروف شديدة البرودة. يمكن أن يساعد هذا العمل في تمهيد الطريق أمام ليزر الفونون، وهي تقنية ذات استخدامات محتملة في أنظمة الاتصالات والتشخيص الطبي.

وقال مايكل هيلك، أستاذ مشارك في الفيزياء ومؤلف مشارك في الدراسة: “تعتمد الاتصالات الحديثة إلى حد كبير على الضوء، بما في ذلك الموجات الكهرومغناطيسية والتيارات الكهربائية. في وسط مثل المحيطات، يمكن للصوت أن ينتقل، في حين لا يستطيع الضوء والتيارات الكهربائية ذلك”. “في جسم الإنسان، يمكن أن تكون الموجات الصوتية أيضًا أداة مفيدة.”

تم تطوير الجهاز ودراسته في جامعة ماكجيل والمجلس الوطني للبحوث في كندا، بينما تم إنتاج المادة المستخدمة في العمل في جامعة برينستون.

تخلق الإلكترونات السريعة اهتزازات تشبه الصوت

ولتشغيل الجهاز، يتم توجيه تيار كهربائي عبر طبقة بلورية ثنائية الأبعاد، حيث تنحصر الإلكترونات داخل قناة لا يزيد سمكها عن بضع ذرات. عندما يتم دفع الإلكترونات عبر القناة بقوة كافية، فإنها تطلق طاقة على شكل فونونات، مما ينتج عنه دفعات متحكم بها من الاهتزازات المرتبطة بالصوت والتي يمكن تعديلها بطرق يمكن التنبؤ بها.

ويظهر هذا التأثير فقط في حالة التبريد الشديد، حيث يتم تخفيض الأجهزة إلى درجات حرارة تتراوح من حوالي 10 ملي كلفن إلى 3.9 كلفن. في تلك الظروف، تتحرك الإلكترونات بطريقة أكثر انتظامًا، مما يسمح للعلماء بدراسة التأثيرات الكمومية، حيث يمكن للمادة أن تتصرف كموجات أكثر من الجسيمات العادية.

“في الصفر المطلق وأوضح هيلك أن “درجات الحرارة – أي عالم فيزياء الكم – لا يتم إنشاء صوت ما لم تتحرك الإلكترونات بشكل جماعي بسرعة الصوت أو أعلى. وقد لاحظ العمل السابق تأثيرات ذات صلة عندما تقترب سرعات الإلكترون من حاجز الصوت. وتذهب دراستنا إلى أبعد من ذلك من خلال دفع النظام إلى ما هو أبعد من تلك النقطة وإظهار أن النظريات الحالية تحتاج إلى إعادة تقييم من خلال النظر في أن الإلكترونات يمكن أن تكون ساخنة جدًا حتى لو كانت البلورة المضيفة قريبة من درجة حرارة الصفر المطلق.

يمكن للمواد الجديدة تسريع سرعة الجهاز

وقال هيلك إن الأبحاث المستقبلية ستدرس ما إذا كانت هناك مواد أخرى، بما في ذلك الجرافين، يمكن أن يجعل الجهاز يعمل بسرعات أعلى.

ومن الممكن أن يدعم مثل هذا التقدم تقنيات اتصالات أسرع، وأجهزة استشعار محسنة، ومواد بيولوجية، وأنظمة طبية متقدمة.

وقال: “من الصعب توليد الفونونات وتسخيرها بطريقة خاضعة للرقابة، لذلك نحن نستكشف أنظمة جديدة. وعلى مستوى واسع، يتعلق الأمر بكيفية تحرك التيار الكهربائي والطاقة وتحويلها داخل المواد الإلكترونية المتقدمة”.

المرجع: “انبعاث المغنيتوفون الرنان بواسطة الإلكترونات الأسرع من الصوت في الأنظمة ثنائية الأبعاد فائقة الحركة” بقلم Z. T. Wang، M. Hilke، N. Fong، D. G. Austing، S. A. Studenikin، K. W. West and L. N. Pfeiffer، 8 أبريل 2026، رسائل المراجعة البدنية.
دوى: 10.1103/m1nb-j1h6

تم تمويل الدراسة من قبل مجلس أبحاث العلوم الطبيعية والهندسة في كندا ومؤسسة البحوث في كيبيك – الطبيعة والتكنولوجيا.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.