13 Ağustos 2019 Salı

Yeni Bir Tahmin, Bazı Malzemelerin Çevrelerinden Daha Sıcak Olduklarında Bir Tork Yaşayabileceğini Savunuyor

yeni bir tahmin, bazı malzemelerin çevrelerinden daha sıcak olduklarında bir tork yaşayabileceğini savunuyor

Bir araba kapısı, bir çift ayakkabı veya bir kitabın kapağı, mutlak sıfırdan daha sıcak olan herhangi bir şey (yani hemen hemen her şey), fotonlar, ışığın kuantum parçacıkları şeklinde sürekli radyasyon saçar.

Fotonlar enerjiden uzaklaştıkça, ortamdan geçenler onu yenilemek için absorbe edilebilir. Emme ve emisyon aynı oranda gerçekleştiğinde, bilim adamları bir nesnenin çevresiyle dengede olduğunu söylerler. Bu genellikle nesne ve çevrenin aynı sıcaklığı paylaştığı anlamına gelir.

Yayınlanan bir makalede,  Ortak Kuantum Enstitüsü (JQI) ve Michigan Eyalet Üniversitesi'nden bilim adamları, bazı malzemelerin çevrelerinden daha sıcaklarsa kendiliğinden büküm kuvveti yaşayabileceğini öne sürüyorlar.

Şu anda Michigan Eyalet Üniversitesi'nde Yardımcı Doçent olan eski bir JQI Doktora sonrası araştırmacısı olan lider yazar Mohammad Maghrebi, “Bir malzemenin çevre ile sıcaklık farkından dolayı bir tork hissetmesi çok sıradışı” dedi.

Bir deneyde henüz gözlemlenmemiş olan etkinin, elektrik akımının yüzeyinde akmasına izin veren, ancak kendi iç kısımlarında akmasına izin vermeyecek bir topolojik yalıtkan (TI) adı verilen bir malzemenin ince bir şeridinde ortaya çıkacağı tahmin edilmektedir.

Bu durumda, araştırmacılar TI hakkında iki ek varsayım yaptılar. Birincisi, çevresinden daha sıcak olması. Ve bir diğeri, TI'nin elektronun yüzeyindeki davranışını etkileyen bazı manyetik safsızlıklara sahip olmasıdır.

Bu manyetik safsızlıklar, spin adı verilen elektronların kuantum özelliği ile etkileşime girer. Sıkma, bir elektronun temel karakterinin bir parçasıdır, elektrik yüküne benzer ve parçanın iç açısal momentumunu (bir nesnenin dönmeye devam etme eğilimi) tanımlar. Fotonlar da açısal momentumu taşıyabilir.

Elektronlar fiziksel olarak dönmese de, sadece kesikli parçalarda da olsa, açısal momentum kazanıp kaybedebilirler. Her elektronun iki döndürme değeri vardır (yukarı ve aşağı) ve manyetik kirlilikler bir değerin diğerinden daha yüksek bir enerjide durmasını sağlar. Bu safsızlıkların varlığında, elektronlar doğru miktarda enerji ve açısal momentum taşıyan bir foton yayarak ya da emerek dönüşlerini aşağıdan aşağıya ve tersi yönde çevirebilirler.

Maghrebi ve iki meslektaşı, JQI Üyesi Jay Deep Sau ve Alexey Gorshkov, bu tür TI'den yayılan radyasyonun, saat yönünde dönen bir sarmal gibi tek bir dönme yönünde eğik açısal momentum taşıdığını gösterdi. Materyal açısal momentum eksikliği ile ayrılır ve ters yönde bir tork hissetmesine neden olur (bu örnekte, saat yönünün tersine).

Yazarlar, TI'lerin bu etkiyi tespit etmek için ideal olduğunu söylüyorlar çünkü elektronlarla ışık arasındaki doğru etkileşimi barındırıyorlar. TI zaten elektron dönüşünü hareketlerinin momentumuyla bağdaştırır ve bu hareket sayesinde malzemedeki elektronların normalde ışığı emer ve yayar.

Bu özel TI türünün yüzeyindeki bir elektron, dönüşü yukarı dönük olarak başlarsa, dönüşünü yukarıdan aşağıya değiştirerek ve bir foton yayarak enerji ve açısal momentumu tutabilir. TI, ortamından daha sıcak olduğu için elektronlar, yukarıdan aşağıya, tersten daha sık dönecektir. Bunun nedeni, ortamın daha düşük bir sıcaklığa sahip olması ve TI'den gelen radyasyonu değiştirecek enerjiden yoksun olmasıdır. Bu dengesizliğin sonucu, radyasyonun rastgele yayılmasıyla tahrik edilen ince TI numunesinde bir torktur.

Yazarlar, gelecekteki deneylerin etkiyi iki yoldan biriyle gözlemleyebileceğini söylüyor. En olası yöntem dolaylı olup, deneycilerin içinden bir akım geçirerek ve yayılan ışığı toplayarak bir TI'yi ısıtmasını gerektirir. Radyasyonun ortalama açısal momentumunu ölçerek, bir deney asimetriyi tespit edebilir ve yeni tahminin bir sonucunu doğrulayabilir.

Daha doğrudan ve muhtemelen daha zor olan bir gözlem, ince filmler için ince film üzerindeki torku gerçekten ölçmeyi içerir. Maghrebi, fikri birkaç deneyciye aktardığını söylüyor. “Bir tork gibi bir şeyi ölçmek zorunda kalmaktan korkmadılar, ama aynı zamanda, bunun gerçekten de kuruluma bağlı olduğunu düşünüyorum” dedi.

Kaynak