خنک شدن الکترون‌های دیراک!

[∆ MeRzaD ∆]

الکترون‌ها برای حرکت بر روی سطح یک عایق توپولوژیک با مقاومت کمی روبه‌رو می‌شوند . طبق قوانین مکانیک کوانتومی، آنها دچار پراکندگی یا جایگزینی نمی‌شوند. برای به‌کارگیری این موضوع در اسپینترونیک و موارد دیگر، لازم است بدانیم که الکترون‌ها چگونه با محیط اطرافشان جفت می‌شوند، و از چه راهی و با چه آهنگی انرژی خود را از دست می‌دهند. ییهونا وانگ از موسسه‌ی فناوری ماساچوست،کمبریج و همکارانش با استفاده از یک دوربین فوق‌العاده پرسرعت، سرد شدن الکترون‌ها را در یک عایق توپولوژیک به تصویر کشیده‌اند.آنها نتایج کار خود را در  Physica Review Letters منتشر کرده‌اند.

این دانشمندان یک لیزر با خروجی پالسی را به مدت ۵۰ فمتوثانیه بر ماده تاباندند تا آن را تحریک کنند. پالس‌های پرانرژی‌تر، با تاخیر زمانی، الکترون‌ها را از ماده کندند(اثر فوتوالکتریک). وانگ و همکارانش الکترون‌های برانگیخته را بر اساس تاخیر پالس لیزر طبقه‌بندی کردند و یک دسته عکس از توزیع انرژی و اندازه‌ حرکت الکترون‌ها در داخل عایق توپولوژیک در مراحل مختلف سرد شدن گرفتند.

آنها با تجزیه و تحلیل فیلم‌های فوق سریع گرفته شده توانستند به طور دقیق کانال‌هایی را که الکترون‌های سطحی انرژی خود را از دست می‌دهند و دو رژیم واهلش متفاوت را شناسایی کنند.

در دمای اتاق، الکترون‌های سطحی به سرعت انرژی خود را با استفاده از ارتعاشات شبکه‌ای به الکترون‌های کپه (انبوهه) می‌دهند. در دمای پایین، اتصال بین کپه و سطح کمتر شده و سرد شدن به کندی و تنها به واسطه‌ی فونون‌های صوتی انجام می‌گیرد.

رژیم دوم، که در آن حامل‌های سطحی داغ می‌توانند در مقیاس زمانی بزرگتری تولید و نگهداری شوند، ممکن است بتواند روش جالبی را برای بهره‌برداری از انرژی خورشیدی در دستگاه‌های فوتو‌الکتریکی‌گرمایی که اساسشان را عایق‌های توپولوژیک تشکیل داده‌اند، ارائه دهد.