پژوهش‌گران بر حرکت یک نقص توپولوژیکی شبهِ دیواره‌ای، در بلوری از یون‌های به دام افتاده نظارت کرده‌اند.

نقص‌های توپولوژیکی نقص‌هایی هستند که نظم سیستم‌های منظم را به هم می‌ریزند. همچون نقص‌های ساختاری در جامدات بلورین یا دیواره‌ی حوزه‌های جداگانه در درون مواد فرومغناطیس که جهت‌گیری‌های مختلف مغناطیسی دارند. این نقص‌ها ویژگی‌های چنان سیستم‌هایی را تحت تاثیر قرار می‌دهند، اما مطالعه‌ی چگونگیِ ظهور و حرکت این نقص‌ها به روشی کنترل شده، کار دشواری است به ویژه در حضور افت‌وخیرهای دمایی. در این مطالعه‌ی جدید، جاناتان براکس (Jonathan Brox) از دانشگاه فرایبورگ آلمان و همکارانش گزارشی را به چاپ رسانده و بیان کرده‌اند که چگونه از این کنترل‌پذیری یون‌های سردِ به دام افتاده، برای ایجاد و جهت‌دهی حرکت نقص‌های توپولوژیکی در یک سیستم بلورین استفاده کرده‌اند.

این محققان آرایه‌ای زیگزاگ از حدود ۳۰ یون‌ که با لیزر سرد شده‌اند را در یک تله‌ی فرکانس رادیویی ایجاد کرده‌اند. آرایش آن‌ها دو ترکیب‌بندی حالت پایه دارد که تصویر آینه‌ای یکدیگر هستند. تحقق هردوی این ترکیب‌بندی‌ها در یک تک‌ساختار نیازمند یک نقص توپولوژیکی شبه‌دیواره‌ای یا «پیچ‌خوردگی» بین دو جعبه است. براکس و همکارانش چنان پیچ‌خوردگی را ایجاد کرده و در معرض یک نویز حرارتی قرار داده‌اند. آن‌ها نشان داده‌اند که این محیط گرمایی انرژی کافی به نقص می‌دهد تا آن را مرتعش ساخته و نهایتاً به سمت پایین بلور حرکت داده و از انتهای دیگر خارج سازد- که این انتها به ساختار داخلی پیچ‌خوردگی بستگی دارد. این پژوهش‌گران نقص و حرکت آن را با پراکندگی فوتون‌های لیزر از یون‌ها و جمع‌آوری آنها روی یک دوربین CCD تصویربرداری کرده‌اند. از این آرایه می‌توان برای مطالعه‌ی چگونگی خارج ساختن انرژی توسط ماشین‌های کوچک مولکولی از یک محیط حرارتی استفاده کرد.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز انتشار یافته است.

درباره‌ی نویسنده:

آنا لوپز (Ana Lopes) سردبیر ارشد مجله‌ی فیزیک است.

منبع:

Topological Defect on the Move