Zbulim i rrallë në fizikë: Shkencëtarët zbulojnë kufirin e fshehur të rezistencës elektrike

Një paraqitje artistike e rezistivitetit që rezulton nga përplasjet e atomeve të ftohta. Studiuesit që po hetojnë rezistivitetin e shkaktuar nga ndërveprimet e atomeve ultrat’ ftohtë në një peizazh në formë dërrase shahu vëzhgojnë një rritje kuantike të mundësisë së tyre për t’u përplasur, e ngjashme me mënyrën se si rosat që lëvizin brenda flluskave do të përplaseshin sikur të kishin madhësinë e flluskave, dhe jo madhësinë e tyre reale.

Fizikanët eksperimentalë të atomeve kanë zbuluar se rezistenca elektrike e shkaktuar nga përplasjet e grimcave duket se ka një kufi maksimal.

Studiues nga Universiteti i Torontos, École Normale Supérieure në Paris dhe Universiteti Lehigh në Pensilvani arritën në këtë përfundim duke studiuar atome kaliumi ultrat’ ftohtë të ftohura deri pranë zeros absolute. Ndërsa shkencëtarët rritën frekuencën e përplasjeve midis atomeve, rezistenca fillimisht u rrit. Megjithatë, përtej një pike të caktuar, ajo ndaloi së u rrituri.

Ky rezultat ofron një pamje më të detajuar të mënyrës se si zhvillohet rezistiviteti në nivel mikroskopik.

Pse ka rëndësi rezistenca elektrike

“Dihet se përplasjet elektron-me-elektron rrisin rezistivitetin në disa materiale të pastra”, shpjegon profesori Joseph Thywissen në Departamentin e Fizikës dhe Qendrën për Informacion Kuantik dhe Kontroll Kuantik në Fakultetin e Arteve dhe Shkencave në Universitetin e Torontos, autor i lartë i një studimi të botuar në Physical Review Letters. “Energjia e prodhuar nga rezistenca elektrike shfaqet si nxehtësi. Linjat e transmetimit, për shembull, humbasin deri në tetë për qind të energjisë elektrike të prodhuar. Rezistiviteti është gjithashtu interesant për t’u studiuar, sepse mund të jetë një shenjë treguese e fizikës së re në materiale.”

Për të hetuar këto përplasje nën kushte të kontrolluara me përpikëri, ekipi përdori një rrjet optik. Ky rrjet drite bllokon atomet dhe u mundëson atyre të imitojnë sjelljen e elektroneve që lëvizin nëpër një material të ngurtë.

Kjo mënyrë eksperimentale bëri të mundur rikrijimin e kushteve ekstreme që materialet e zakonshme të ngurta nuk mund t’i arrijnë, duke veçuar ndikimet e përplasjeve të grimcave.

Atomet ultrat’ ftohtë imitojnë elektronet

“Ne vëzhguam se atomet, të cilat kanë vetëm disa nanometra madhësi, përplasen me njëri-tjetrin sikur të ishin shumë më të mëdha”, thotë Thywissen. “Kjo rritje kuantike e madhësisë efektive të atomit i bën përplasjet në një vend të caktuar të rrjetit shumë më të mundshme, duke rritur rezistivitetin e sistemit.”

Ndërsa ndërveprimet u bënë më të forta, rezistiviteti i shkaktuar nga përplasjet përfundimisht u stabilizua, në vend që të vazhdonte të rritej. Studiuesit thonë se ky ngopje sugjeron se përplasjet e elektroneve në një metal mund të përballen gjithashtu me një kufi të ngjashëm maksimal.

Një dritare e re drejt materialeve kuantike

Gjetjet ofrojnë një shpjegim më të qartë mikroskopik për mënyrën se si sillet rezistenca në metalet me densitet të ulët. Ato mund të ndihmojnë gjithashtu në orientimin e kërkimeve të ardhshme mbi sistemet atomike me korrelacion të fortë dhe materialet kuantike, ku grimcat ndërveprojnë në mënyra jashtëzakonisht komplekse.

“Rezultatet tona ofrojnë një kuptim të qartë mikroskopik të mënyrës se si funksionon rezistiviteti në metalet me densitet të ulët dhe hapin rrugën për studime të reja të sistemeve atomike me korrelacion të fortë dhe materialeve kuantike”, thotë Thywissen./ScienceDaily