أكد الفيزيائيون لأول مرة تجريبيًا معادلة KPZ للأنظمة ثنائية الأبعاد
في عام 1986، وصف العلماء نظرية عالمية لما يحدث عند حدود بيئتين باستخدام معادلة سميت باسمهما – معادلة كاردار-باريسي-زانغ (KPZ). تم استخدام النموذج الذي طوروه منذ ذلك الحين في الفيزياء والرياضيات والأحياء وعلوم الكمبيوتر للتنبؤ بنمو مستعمرة البكتيريا وانتشار اللهب وتكوين البلورات. يتيح لك تعدد استخدامات KPZ استخدام هذه المعادلة لأي نمو، حتى لتطوير خوارزميات التعلم الآلي. ويرافق هذا التنوع جهاز رياضي معقد. ولكن هذه هي بالضبط الطريقة التي يستطيع بها العلماء التنبؤ بسلوك الأنظمة غير المتوازنة، وهي الأنظمة الحقيقية التي تحدث فيها العمليات بشكل غير خطي وغالبًا ما تكون فوضوية. في عام 2022، تم تأكيد النموذج المعتمد على QP تجريبيًا للأنظمة أحادية البعد القائمة على أشباه جسيمات البولاريتونات. تمكنت مجموعة دولية من العلماء من تأكيد السلوك تجريبيا وفق نموذج KPZ للأنظمة ثنائية الأبعاد في المكان والزمان. تم نشر العمل في مجلة العلوم.
في السابق، لم يكن من الممكن تحقيق ذلك بسبب عدم كفاية مستوى التطور التقني – كان من المستحيل التحكم في نظام كمي غير متوازن بالدقة المطلوبة، أو لم يكن من الممكن قراءة النتائج في نفس الدقة الزمنية التي تكشفت فيها العمليات الفيزيائية. وللقيام بذلك، أنشأ الباحثون بنية معقدة متعددة الطبقات تعتمد على زرنيخيد الغاليوم (GaAs). تم تبريد العينة إلى درجة حرارة -269.15 درجة مئوية وضخها باستمرار بالطاقة باستخدام الليزر. طبقات المرآة داخل الهيكل تحبس الفوتونات داخل طبقة “الفيلم الكمي” المركزية. هناك، كانت الجسيمات قادرة على الاتحاد مع الإكسيتونات في أشباه الموصلات وتكوين بولاريتونات. لاحظ الفيزيائيون سلوك الأخير. “لقد تمكنا من تتبع مكان وجود البولاريتونات بالضبط في المادة. عندما نضخ النظام بالضوء، تولد البولاريتونات – وتنمو. باستخدام تقنيات تجريبية متقدمة، تمكنا من تحديد التطور المكاني والزماني لهذا النظام الكمي المتنامي، ووجدنا أنه يتبع نموذج QP،” أوضح المؤلف المشارك في الدراسة سيدهارتا دام.
[shesht-info-block number=2]إن درجة التحكم التي سمحت للفيزيائيين بالتحدث بثقة عن هذه النتيجة مهمة للغاية. تمت زراعة العينة التجريبية باستخدام الشعاع الجزيئي. تتطلب هذه الطريقة فراغًا عاليًا للغاية ونقاءً استثنائيًا للمواد، ولكنها تسمح بالتحكم في سماكة الطبقات بدقة ذرية تقريبًا. تم التحكم في المنطقة التي تم توجيه الليزر إليها بدقة ميكرومتر.
