الإلكترونات اللولبية الغريبة التي اكتشفها الفيزيائيون

اكتشف روتجيرز Rutgers وفيزيائيون آخرون شكلاً غريبًا من الإلكترونات التي تدور مثل الكواكب، وهذا سيؤدي لتحسين الضوء والخلايا الشمسية والليزر والشاشات المعتمدة على الانبعاث الإلكتروني.

ويسمى هذا إكسيتون السطح الحلزوني chiral surface exciton وهي تحتوى على جسيمات وجسيمات مضادة مدمجة معًا وتدور حول بعضها البعض على أسطح المواد الصلبة، طبقًا لدراسة في تقرير الأكاديمية الوطنية للعلوم.

ويشير مصطلح عديم التناظر مرآتيًا chiral إلى جسم لا يطابق صورته على المرآة، فهو وصورته متشابهان ولكن ليسا متطابقين مثل يديك اليمنى واليسرى.

يتشكل الإكسيتون Exciton عندما نسلط ضوءًا على الأسطح الصلبة فتقوم بركل الإلكترونات خارج السطح مخلفةً وراءها شحنة موجبة في صورة ثقب، وعندما تصل الإلكترونات والثقوب إلى ذروة دورانها بصورة حلزونية يتجه الإلكترون السالب في اتجاه الثقب الموجب ويتحدا معًا في أقل من تريليون جزء من الثانية، ليبعث نوعًا ما يسمى الانبعاث الضوئي Photoluminescence، وهذا سيكون له تطبيقات في مجالات مثل الخلايا الشمسية والليزر وأجهزة التلفاز والشاشات التي تعتمد على الانبعاث الإلكتروني.

يوجد نوعان من الإكسيتونات السطحية الحلزونية على الجانب الأيمن والأيسر من الصورة، يتم إنشاؤها بواسطة ضوء على اليمين واليسار (الفوتونات الزرقاء)، الإكسيتونات تحتوي على إلكترونات (أزرق باهت) تدور حول ثقب (أسود) في نفس اتجاه الضوء، الإلكترونات والثقوب تتحد معًا في أقل من جزء من تريليون جزء من الثانية، الضوء المنبعث (الفوتونات الخضراء) يمكن أن يُستخدم في تطبيقات الضوء والخلايا الشمسية والليزر والشاشات التي تعتمد على ظاهرة الانبعاث الإلكتروني.

اكتشف العلماء الإكسيتون الحلزوني chiral excitons على سطح كريستالة البزموث سيلينيد Bismuth selenide والتي يمكن إنتاجها بكميات كبيرة وتستخدم لطلاء بعض المواد في الدوائر الإلكترونية في درجة حرارة الغرفة.

إن البزموث سيلينيد هو مركب رائع ينتمي إلى عائلة من مواد كوانتية تسمى العوازل الطوبولوجية topologic insulators، هذه المواد تملك عدة قنوات على السطح لها كفاءة عالية في توصيل الكهرباء كما قال بلومبيرج Blumberg البوفيسور في قسم الفيزياء والفلك في مدرسة الفنون والعلوم.

يتبقى أن نذكر أن ديناميات الإكسيتونات الحلزونية chiral excitons ليست واضحة بعد ويريد العلماء استخدام تقنية التصوير فائق السرعة Ultra-fast imaging لإجراء المزيد من الدراسة، وربما يمكنهم إيجاد إكسيتونات الأسطح الحلزونية chiral surface excitons على أسطح مواد أخرى.