فیزیکدانان با استفاده از لیزر پالسی سریع موفق به ثبت اولین لحظات مقاومت الکتریکی شدند. مقاومت الکتریکی یعنی همان اصطکاکی که هنگام عبور جریان الکتریسیته از مدار، باعث تولید گرما می‎شود!

رخدادی خارق العاده است: در زمانی نزدیک به 300 فمتوثانیه[1] سرعت حرکت الکترون‎های آزاد درون نیم رساناهای کامپیوتر، از سرعت‎های پرتابه ای به سرعت های سوق مانند حلزونی کاهش می‎یابد. این یعنی تقریبا 10000 بار سریع‎تر از زمانی که لازم است تا نور مسیری به طول 30 سانتیمتر را طی کند.

کلاوس رایمن[2] از موسسه ی ماکس بورن برلین، یکی از نویسندگان مقاله‎ای است که در 16 دسامبر در مجله ی فیزیکال ریویو لترز[3] چاپ شده و به مطالعه این اثر پرداخته است. "ما مجبور بودیم از پالس های لیزریِ بسیار سریع برای اندازه گیری چنین زمان های کوتاهی استفاده کنیم. این کار را هرگز نمی توان به وسیله‎ی ابزارهای الکترونیکی معمولی انجام داد."

نیمرساناها موادی هستند که هم از خواص رساناهای الکتریکی مانند مس  بهره می برند و هم از خواص عایق‎های الکتریکی مانند سرامیک. نیمرساناها از ترانزیستورها و اِل ای دی ها‎  گرفته تا باتری های خورشیدی و ریز‎پردازنده‎ها، در همه جا یافت می‎شوند. نیمرساناها بسته به نوعشان، مجموعه‎ای از عملیات فیزیکی از جمله تولید نور را به نمایش می‎گذارند. برای نمونه، هنگامیکه اختلاف پتانسیلی به گالیم آرسناید اِعمال می‎شود، این ماده فوتون‎های فروسرخ از خود گسیل می‎کند (و این مواد را به منابع خیلی خوبی از نور مخفی برای دوربین‎های امنیتی تبدیل می‎کند).    

نیمرساناها اجزاء حیاتیِ پردازشگر‎های کامپیوتری نیز هستند. هنگامی که اختلاف پتانسیلی به آنها اِعمال می‎شود، نیمرساناها بیت‎های اطلاعاتی را ذخیره و حمل و نقل می‎کنند. در این هنگام، اصطکاک الکترون‎ها در ماده –مقاومت الکتریکی- دمای آنها را بالا می‎برد.

فیزیکدانان می‌دانستند که در اولین لحظه ی اعمال اختلاف پتانسیل، مقاومت الکتریکی وجود ندارد. بنابراین الکترونها پیش از کند شدن و نیز پراکنده شدن، تا حدی حرکت آزادانه را تجربه می‎کنند. اما مشخص نبود پس از چه زمانی این گذار رخ می‎دهد. (در منبع اصلی خبر که در زیر به آن ارجاع داده شده است کارتونی نیز موجود است.)

رایمن می‎گوید: "هر فرآیند پراکندگی زمان می برد اما نمی‎دانستیم چقدر."

برای یافتن این زمان، رایمن و شش تن  از همکارانش یک لیزر تراهرتزی[4] را برپا کردند یعنی که قادر بود 1 تریلیون پالس نوری در هر ثانیه گسیل کند و سپس باریکه‎اش را به دو قسمت کردند. یک نیمه، نواری از گالیم آرسناید را روشن می‎کرد و به الکترون‎هایش کمک می‎کرد جریان تولید کنند. نیمه ی دیگر حرکت  الکترون‎ها را اندازه گیری می‎کرد.

چون که کامپیوتر متعارف برای پردازشِ یک ضربِ داده ها بیش از حد کند بود، محققینِ این آزمایش آن را صدها بار اجرا کردند و هربار داده ی مربوط به لحظه ای اندکی متفاوت با دفعه ی قبل را ثبت کردند. بدین ترتیب، با انباشته شدنِ نقطه به نقطه‎ی داده‎ها تصویری از مقاومت پدیدار شد.

در گالیم آرسناید 300 فمتوثانیه برای الکترون ها لازم است تا شروع به کند شدن و پراکنده شدن کنند. رایمن گفت که سرعت شروع مقاومت الکتریکی با تعداد حفره ها متناسب است. هرچه حفره ها بیشتر باشند الکترون ها تندتر به حرکت سوق مانند میل می کنند.

زمانی که کامپیوتر‎ها به سرعت پردازشی 1000 برابر سریعتر از آنچه اکنون ممکن است دست یابند، این اثر ممکن است بسیار مهم باشد.

رایمن گفت: "ما نمی‎دانیم که آیا هرگز بشود به چنین سرعتی دست یافت اما این امکان هست که با بهره برداری از این اثر بتوان کامپیوترهایی ساخت که سریعترند و کمتر برق مصرف می کنند."

منبع: http://www.wired.com/wiredscience/2011/12/electrical-resistance-speed/