इलेक्ट्रॉन रेसिंग के लिए स्टॉपवॉच

पहली बार परमाणुओं के बीच इलेक्ट्रॉन गति का वास्तविक समय माप

तेज और धीमी इलेक्ट्रॉनों की प्रायोगिक सेटअप और माप योजना। © MPQ
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यह एक सेकंड के ट्रिलियनवें हिस्से के बारे में है: इलेक्ट्रॉनों की उड़ान के समय में छोटे अंतर होते हैं जब वे एक क्रिस्टल में कुछ परमाणु परतों को पार करते हैं। इस तरह के कुछ सेकंड के अंतर को अब वास्तविक समय में पहली बार एक अंतरराष्ट्रीय शोध टीम द्वारा मापा गया है। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि इलेक्ट्रॉन गति की गति निर्धारित करती है, उदाहरण के लिए, एक छोटा इलेक्ट्रॉनिक उपकरण कितना तेज है। नई माप प्रौद्योगिकी के महत्व को वर्तमान "प्रकृति" मुद्दे के शीर्षक पृष्ठ पर एक प्रकाशन द्वारा स्वीकार किया जाता है।

आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक सर्किटों में, इलेक्ट्रॉनों को एक माइक्रोवेव वोल्टेज द्वारा नैनोस्ट्रक्चर के माध्यम से पीछा किया जाता है, विद्युत प्रवाह को नैनोसेकंड के भीतर चालू और बंद किया जाता है। उदाहरण के लिए, माइक्रोचिप द्वारा दिया गया स्विचिंग समय निर्धारित करता है कि अंकगणितीय ऑपरेशनों की संख्या एक कंप्यूटर प्रति सेकंड कर सकता है। अंततः, स्विचिंग गति उस समय तक सीमित होती है जब यह इलेक्ट्रॉनों को उन संरचनाओं के माध्यम से यात्रा करने के लिए लेता है जो अपनी शक्ति को चालू और बंद करते हैं।

छोटी संरचना, उच्च स्विचिंग गति और सूचना प्रवाह का घनत्व जितना अधिक होगा। परमाणु आयामों के सर्किट में, विद्युत प्रवाह की दिशा, सिद्धांत रूप में, आज के इलेक्ट्रॉनिक्स की अनुमति की तुलना में एक खरब गुना अधिक, एक सौ हजार गुना अधिक बार बदल सकती है।

वास्तविक समय में इलेक्ट्रॉन अवलोकन

परम पेटाहर्ट्ज़ इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए लंबी सड़क पर पहला कदम तकनीकों का विकास है जो परमाणु संरचनाओं में इलेक्ट्रिक चार्ज परिवहन की वास्तविक समय की निगरानी की अनुमति देता है। यह पहला कदम अब म्यूनिख (एमपीक्यू) के पास गार्निशिंग में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर क्वांटम ऑप्टिक्स में एक अंतरराष्ट्रीय शोध टीम द्वारा सफलतापूर्वक प्रदर्शित किया गया है। शोधकर्ता कुछ परमाणु परतों के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों की गति को वास्तविक समय में ठोस-राज्य क्रिस्टल की सतह पर ट्रैक करने में सक्षम थे।

बीफलेफेल्ड और हैम्बर्ग, साथ ही टीयू वियना के विश्वविद्यालयों के कर्मचारियों के साथ, एमपीक्यू शोधकर्ताओं ने टंगस्टन क्रिस्टल की सतह पर, 300-एटोसोकेड्स अवधि की एक अत्यंत पराबैंगनी प्रकाश नाड़ी और एक अवरक्त लेजर पल्स, विद्युत क्षेत्र के कुछ अच्छी तरह से नियंत्रित दोलनों को भेजा। प्रदर्शन

दो प्रकार के इलेक्ट्रॉन की दौड़

एटोसेकंड पल्स क्रिस्टल में प्रवेश करती है। यहाँ, कुछ प्रकाश कणों को पल्स में ले जाया जाता है, फोटॉनों को अवशोषित किया जाता है, दोनों शिथिल बाध्य इलेक्ट्रॉनों को जारी करते हुए, जो विद्युत प्रवाह के प्रवाह के लिए जिम्मेदार होते हैं, और इलेक्ट्रॉनों क्रिस्टल परमाणुओं के मूल में मजबूती से बंधे होते हैं। दोनों प्रकार के इलेक्ट्रॉनों को एक साथ उत्तेजित किया जाता है, और फिर कुछ परमाणु परतों की गहराई से अलग-अलग गति से सतह पर जल्दी होता है। कोर इलेक्ट्रॉनों की तुलना में चालन इलेक्ट्रॉन तेजी से चलते हैं।

एक बार जब इलेक्ट्रॉन सतह पर पहुंच जाते हैं, तो उनके मूल वेग को लेजर पल्स के विद्युत क्षेत्र द्वारा संशोधित किया जाता है, और इस परिवर्तन का समय-समय पर उड़ान डिटेक्टर के साथ पता लगाया जा सकता है। चूंकि लेजर पल्स की क्षेत्र शक्ति समय के साथ बहुत तेजी से बदलती है, इसलिए वेग में परिवर्तन की मात्रा उस समय पर निर्भर करती है जिस समय इलेक्ट्रॉन सतह पर पहुंचते हैं।

प्रवाहकत्त्व इलेक्ट्रॉनों के रूप में तेजी से दो बार

अल्ट्रा-फास्ट ऑसिलेटिंग लेज़र क्षेत्र एक प्रकार का अटोसॉन्ड स्टॉपवॉच के रूप में कार्य करता है, जिससे एमपीक्यू रिसर्च टीम को यह निर्धारित करने की अनुमति मिलती है कि चालन इलेक्ट्रॉनों को इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रॉनों को संशोधित करके कोर इलेक्ट्रॉनों से लगभग 110 एटोसोसेकंड के बारे में "फिनिश लाइन" तक पहुंचा जाता है। अर्थात् क्रिस्टल सतह)। यह निम्नानुसार है कि मुक्त चालन इलेक्ट्रॉनों क्रिस्टल के भीतर दो बार तेजी से चलते हैं क्योंकि इलेक्ट्रॉन परमाणु धुएं से फट जाते हैं।

MPQ प्रयोग वास्तविक समय में एक ठोस की परमाणु परतों के माध्यम से विद्युत प्रभार परिवहन के तकनीकी व्यवहार्यता का प्रदर्शन करता है।

परमाणु संरचनाओं के माध्यम से इलेक्ट्रॉन परिवहन का वास्तविक समय अवलोकन प्रदान करने के लिए एटोसकॉन्ड मेट्रोलॉजी का उपयोग भविष्य के अल्ट्रा-फास्ट सर्किट के विकास का मार्ग प्रशस्त करता है, जहां विद्युत प्रवाह की दिशा वर्तमान के सबसे तेज माइक्रोचिप्स की तुलना में हजारों से हजारों गुना तेजी से बदली जा सकती है।

(क्वांटम ऑप्टिक्स के लिए मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट, 25.10.2007 - एनपीओ)