Mokslininkai pasiekė tai, kas dar visai neseniai atrodė neįmanoma. Elektronai grafene pirmą kartą istorijoje viršijo savo paties garso greitį. Šis atradimas keičia mūsų požiūrį į elektroniką ir gali atverti naują puslapį kvantinių technologijų raidoje. Vietoj sauso teorinių modelių pasaulio tyrėjai pamatė reiškinį, primenantį viršgarsinių lėktuvų aerodinamiką.
Elektronų pagreitinimas iki tokio lygio tapo įmanomas dėl specialios konstrukcijos, primenančios miniatiūrinę purkštuko formą, naudojamą reaktyviniuose varikliuose. Elektronai buvo pagreitinti iki daugiau nei 435 kilometrų per sekundę, o tai sukėlė staigų elektrinio potencialo šuolį, aiškų bangos smūgio ženklą.
Šis reiškinys pasirodė būtent tuo momentu, kai srovės greitis viršijo elektroninį garso greitį, o dvigubo sluoksnio grafenas pasirodė idealia medžiaga tokio tipo eksperimentui. Įdomiausia, kad šis efektas buvo sukurtas naudojant itin paprastą geometriją.
Elektronai pirmiausia buvo pagreitinti siaurėjančioje dalyje, tada pasiekė maksimalų greitį pačiame siauriausiame taške ir galiausiai lėtėjo išsiplėtusioje dalyje, kur susidarė banga. Būtent šis momentas žymi viršgarsinį srautą, kai informacija iš viršaus nebepasiekia viso srauto, tai reiškinys, pažįstamas aviacijos inžinieriams, bet pirmą kartą pastebėtas elektronų pasaulyje.
Tikslūs matavimai atskleidė naują pasaulį
Norint patvirtinti šį reiškinį, reikėjo ypač jautrių matavimo priemonių. Mokslininkai naudojo kelvino jėgų mikroskopiją, leidžiančią itin tiksliai nustatyti vietinius elektrinius potencialus. Šie matavimai atskleidė lanko formos sritį su plokščiu potencialu, žyminčią momentą, kai elektronų srauto energija virsta šiluma.
Tai yra klasikinis bangos smūgio ženklas, bet dabar stebimas mikroskopiniame pasaulyje. Dar įdomiau, kad pasikeitus srovės kryptį, banga kito kartu su ja. Kai tyrėjai pridėjo magnetinį lauką, efektas visiškai išnyko, patvirtindamas, kad tai iš tiesų hidrodinaminės kilmės reiškinys.
Viena didžiausių problemų buvo sumažinti elektroninį garso greitį iki realiai pasiekiamo lygio. Tipiniuose puslaidininkiuose jis siekia apie 9 500 kilometrų per sekundę, todėl šis proveržis tapo įmanomas tik sumažinus papildomus gebėjimo komponentus, kurie kėlė šią ribą.
Elektronikos ateitis po garso barjero
Šis atradimas gali visiškai pakeisti mūsų supratimą apie elektroniką. Kai elektronai juda greičiau nei garsas, įrenginiai pradeda veikti visai kitaip nei anksčiau. Mokslininkai mano, kad tai gali leisti kurti naujos kartos prietaisus, kurie būtų spartesni, jautresni ir galėtų skleisti itin aukšto dažnio signalus, tai kas iki šiol atrodė tik kaip teorija.
Be to, šis reiškinys atveria naujus būdus tyrinėti kvantinius skysčius, leidžiančius suprasti, kaip kinta slėgis ir klampumas priklausomai nuo medžiagos tankio ar temperatūros. Toks požiūris gali paskatinti naujų medžiagų kūrimą ir pagerinti signalų apdorojimo technologijas. Jei eksperimentai bus sėkmingi, elektronika gali pereiti į naują etapą, kuriame net mikroskopiniai srautai elgsis kaip viršgarsiniai lėktuvai.
