სიახლეები
ტექნოლოგიების განვითარებისთვის მნიშვნელოვანია ორი სხვადასხვა გარემოს გამყოფი ზედაპირის ზრდის კანონზომიერებების დადგენა. ფიზიკოსებს აინტერესებთ არა მხოლოდ ის, რამდენად სწრაფად იზრდება ზედაპირი ახალი ნაწილაკების დამატების შედეგად, არამედ ისიც, თუ როგორი ფორმა და სტრუქტურა უყალიბდება მას — ხდება ხორკლიანი, გლუვი თუ ტალღოვანი.
ზედაპირების ზრდის პროცესის აღსაწერად 1986 წელს შემოთავაზებული იქნა კარდარ–პარიზი–ჟანგის (KPZ) განტოლება. იგი აღწერს ზედაპირების ზრდას მაშინ, როდესაც პროცესი ერთდროულად ქაოსურიცაა და შემთხვევითიც. ასეთი სისტემები ფიზიკაში „არაწონასწორულ სისტემებად“ ითვლება, რადგან მათი ქცევის ზუსტი პროგნოზირება ძალიან რთულია.
KPZ-ის განტოლება სხვადასხვა სისტემისთვის გამოიყენეს და აჩვენეს, რომ ძალიან განსხვავებული პროცესები ზრდისას შესაძლოა ერთსა და იმავე ფუნდამენტურ წესებს ემორჩილებოდეს. განტოლება სამ ძირითად ასპექტს ითვალისწინებს:
1. ზედაპირის გასწორება (დიფუზია) — თუ ზედაპირზე პატარა „პიკი“ წარმოიქმნება, ფიზიკური ძალები ცდილობენ მის გასწორებას და მასალის მეზობელ ღრმულებში გადანაწილებას. დიფუზია ნაწილაკებს აიძულებს გადაადგილდნენ იქიდან, სადაც მათი კონცენტრაცია მაღალია, იქით, სადაც ნაკლებია.
2. პერპენდიკულარული ზრდა (არაწრფივობა) — ზედაპირი საკუთარი თავის მიმართ პერპენდიკულარულად იზრდება. თუ ზედაპირი დახრილია, მისი სიმაღლე უფრო სწრაფად იცვლება, ვიდრე ბრტყელ უბნებზე, რაც ტალღოვანი სტრუქტურების წარმოქმნას იწვევს.
3. შემთხვევითი ხმაური — გარემოში ყოველთვის არსებობს ქაოსური ფაქტორები, რომლებიც ზედაპირის სრულად გლუვად ჩამოყალიბებას უშლის ხელს და ზრდის პროცესს შემთხვევით ხასიათს აძლევს.
ჟურნალ Science-ის აპრილის ნომერში გამოქვეყნებული ახალი კვლევა ამ მიმართულებით მნიშვნელოვან წინსვლას წარმოადგენს. მეცნიერებმა პირველად ექსპერიმენტულად დაამტკიცეს, რომ KPZ-ის უნივერსალური ზრდის კანონი ორ განზომილებაშიც მოქმედებს. ეს ნიშნავს, რომ ისეთი განსხვავებული პროცესები, როგორიცაა კრისტალების ფორმირება, ბაქტერიების გავრცელება ან ცეცხლის ფრონტის მოძრაობა, შესაძლოა ერთსა და იმავე ფუნდამენტურ კანონებს ემორჩილებოდეს.
ექსპერიმენტი University of Würzburg-ში ჩატარდა. მკვლევრებმა გამოიყენეს გალიუმ-არსენიდის (GaAs) ნახევარგამტარი, რომელიც −269°C-მდე გააცივეს და ლაზერით გააქტიურეს. ამ პირობებში წარმოიქმნა პოლარიტონები — ძალიან ხანმოკლე კვანტური ნაწილაკები, რომლებიც სინათლისა და მატერიის ჰიბრიდს წარმოადგენენ.
პოლარიტონები მხოლოდ რამდენიმე პიკოსწამით არსებობენ, ამიტომ ისინი სწრაფი ზრდის პროცესების შესასწავლად იდეალურ სისტემას ქმნიან. მეცნიერებმა შეძლეს ზუსტად დაეფიქსირებინათ, როგორ იცვლებოდა მათი განაწილება სივრცესა და დროში. დაკვირვებამ აჩვენა, რომ ეს ცვლილებები KPZ-ის მოდელის პროგნოზებს სრულად შეესაბამება.
KPZ-ის ეფექტი ადრე უკვე დადასტურებული იყო ერთგანზომილებიან სისტემებში, თუმცა ორ განზომილებაში ამის დამტკიცება გაცილებით რთული აღმოჩნდა. ამისთვის საჭირო გახდა როგორც უაღრესად ზუსტი ექსპერიმენტული ტექნოლოგიები, ისე სპეციალურად შექმნილი მასალები, რომლებიც ფოტონებსა და მატერიას შორის ძლიერ ურთიერთქმედებას უზრუნველყოფს.
მკვლევრების თქმით, ეს აღმოჩენა აჩვენებს, რომ KPZ-ის განტოლება ბუნებაში მიმდინარე მრავალი ქაოსური პროცესის ერთ-ერთი ყველაზე ფუნდამენტური აღწერაა. მათი აზრით, ეს შედეგი მომავალში მნიშვნელოვან როლს შეასრულებს როგორც კვანტური სისტემების უკეთ გაგებაში, ისე ახალი ტექნოლოგიების განვითარებაში.
წყარო:
