การศึกษาพบว่าไพน์ 'ปีศาจ' ในโลหะตัวนำยิ่งยวดหลังจากผ่านไป 67 ปี เข้าใจ

67 ปีที่แล้ว นักฟิสิกส์ เดวิด ไพน์ส ค้นคว้าการมีอยู่ของ “ปีศาจ” ซึ่งเกิดจากการทำให้ระลอกคลื่นไฟฟ้าเป็นกลางซึ่งกันและกัน ปัจจุบันในปี 2023 นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุการเคลื่อนไหวนี้ในโลหะที่มีตัวนำยิ่งยวดได้

ปรากฏการณ์นี้เป็นที่รู้จักในชื่อ “ปินส์ปีศาจ” ตั้งแต่ปี 1956 ซึ่งเป็นปีที่นักฟิสิกส์ได้พัฒนาทฤษฎีเกี่ยวกับการสั่นโดยรวมของโลหะที่จะมองไม่เห็นด้วยแสง

โอ "ต้นสนปีศาจ” คือพลาสมอนประเภทหนึ่งที่มีอยู่ในโลหะ ตาม ทฤษฎีฟิสิกส์พวกมันถือได้ว่าเป็น "โหมดรวมของอนุภาคควอซิพาร์ติคัลที่เป็นกลาง ซึ่งประจุได้รับการป้องกันอย่างเต็มที่โดยอิเล็กตรอนในแถบแยกกัน"

แม้ว่าจะเป็นการศึกษาที่น่าสนใจ แต่ทฤษฎีนี้ยังไม่ได้รับการพิสูจน์ในการวิจัยเชิงทดลอง สาเหตุหลักมาจากความเป็นกลางของประจุโดยธรรมชาติ

อย่างไรก็ตาม การพัฒนาใหม่ของปรากฏการณ์นี้ได้รับการเผยแพร่ในเดือนสิงหาคม นิตยสารธรรมชาติ โดยนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ ในเมืองเออร์บานา-แชมเปญจน์ ในสหรัฐอเมริกา

“ปีศาจได้รับการคาดเดาในทางทฤษฎีมาเป็นเวลานานแล้ว แต่นักทดลองไม่เคยศึกษาพวกมันเลย จริงๆแล้วเราไม่ได้มองหาเลย แต่เราค้นพบว่าเรากำลังทำสิ่งที่ถูกต้องและเราพบมัน นี่แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการวัดสิ่งต่างๆ” Peter Abbamonte นักวิจัยที่เป็นผู้นำการศึกษาทางวิทยาศาสตร์กล่าว

เดวิด ไพน์ส นักฟิสิกส์ผู้สร้างทฤษฎีนี้ (ภาพ: Minesh Bacrania/SFI/Quanta Magazine/การทำสำเนา)

การทดลอง "ปินส์ปีศาจ"

ดังที่ทีมศึกษากล่าวว่า พวกเขาไม่ได้มองหาทฤษฎีของไพน์สอย่างแน่นอน แต่กำลังมองหา นำไปสู่การทดลองการสั่นขณะวิเคราะห์ตัวนำยิ่งยวดที่เรียกว่าคอปเปอร์รูทีเนต ธาตุโลหะชนิดหนึ่ง

ในระหว่างการวิจัยเกี่ยวกับโลหะ นักวิชาการสังเกตเห็นพฤติกรรมที่ผิดปกติของอิเล็กตรอนที่ทำให้เกิดระลอกคลื่นระบายน้ำ

“การค้นพบครั้งสำคัญส่วนใหญ่ไม่ได้วางแผนไว้ คุณจะมองหาสถานที่ใหม่ๆ และดูว่ามีอะไรอยู่ที่นั่นบ้าง” อับบามอนเตให้ความเห็น

(ภาพ: ธรรมชาติ/การสืบพันธุ์)

ดังนั้นขั้นตอนแรกของการวิเคราะห์เพื่อระบุปรากฏการณ์จึงดำเนินการโดยใช้เทคนิคในการติดตามอิเล็กตรอนและกำหนดคุณสมบัติของวัสดุ

เป็นผลให้พวกเขาวัดพลังงานในขณะที่อิเล็กตรอนกระดอนและกำหนดข้อมูลเกี่ยวกับคลื่นคาบซึ่งเรียกว่า "โหมด" ในวิชาฟิสิกส์

แม้จะมีความสอดคล้องที่แตกต่างกันบ้าง แต่โหมดตัวนำยิ่งยวดดังกล่าวได้รับการอธิบายโดยทฤษฎีของไพนส์เท่านั้น ดังนั้น นักวิจัย ให้เหตุผลว่าในที่สุด "ปีศาจต้นสน" ก็ถูกระบุตัวได้ในการทดลองทางกายภาพ

ดังนั้นการค้นพบนี้จึงเป็นการเปิดช่องทางใหม่ในการศึกษาฟิสิกส์ ซึ่งสามารถแก้ปัญหาที่สามารถปรับปรุงการวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีไฟฟ้าและตัวนำยิ่งยวดได้