O νόμος του Ohm ισχύει και σε ατομική κλίμακα

Άτομα φωσφόρου σχηματίζουν έναν μικροσκοπικό αγωγό στο πυρίτιο

Mια νέα τεχνική ενσωμάτωσης καλωδίων σε ατομική κλίμακα μέσα σε κρυσταλλικό πυρίτιο μας αποκάλυψε ότι ο νόμος του Ohm μπορεί να εφαρμόζεται και σε αγωγούς με πάχος τεσσάρων ατόμων και ύψος ενός ατόμου. Το αποτέλεσμα αυτό εξέπληξε τους ερευνητές διότι πίστευαν ότι τα κβαντικά φαινόμενα θα δημιουργούσαν μεγάλες αποκλίσεις από τον νόμο του Ohm σε τόσο μικροσκοπικά σύρματα.
Οι ερευνητές ελπίζουν πως η ανακάλυψη αυτή θα βοηθήσει στην ανάπτυξη των κβαντικών υπολογιστών.
Μέχρι τώρα οι επιστήμονες θεωρούσαν ότι η ηλεκτρική αντίσταση των καλωδίων αυξάνεται εκθετικά, εξαιτίας των κβαντικών φαινομένων, όταν το πάχος τους μειωθεί κάτω από 10 νανόμετρα, θέτοντας έτσι ένα όριο στην η σμίκρυνση των τσιπ.
Για να διερευνήσουν αγωγιμότητα σε ατομική κλίμακα, οι Michelle Simmons, Bent Weber και οι συνεργάτες τους στο Πανεπιστήμιο της Νέας Νότιας Ουαλίας στην Αυστραλία, έχουν αναπτύξει μια μέθοδο που χρησιμοποιούν άτομα φωσφόρου σαν καλώδια μέσα σε ένα κρύσταλλο πυριτίου χύμα. Το πάχος των καλωδίων αυτών ήταν από 1,5 έως 11 νανόμετρα και εξακολουθούσαν να υπακούουν στο νόμο του Ohm.
Ο φώσφορος έχει ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο στην εξωτερική του στοιβάδα σε σχέση με το πυρίτιο και αν ένα άτομο πυριτίου αντικατασταθεί από άτομο φωσφόρου, τότε η «προσφορά» του ελεύθερου ηλεκτρονίου στον κρύσταλλο, αυξάνει την αγωγιμότητα στην εμπλουτισμένη περιοχή.
Το αποτέλεσμα είναι μια αλυσίδα από άτομα φωσφόρου ενσωματωμένα μέσα σε ένα κρύσταλλο πυριτίου – στην πραγματικότητα ένα ατομικών διαστάσεων καλώδιο. Η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε ότι η αντίσταση αυτών των καλωδίων ήταν συνεχής μέχρι και την ατομική κλίμακα. Αυτό σημαίνει ότι η αντίσταση ενός τέτοιου καλωδίου είναι ανάλογη με το μήκος του και αντιστρόφως ανάλογη προς το εμβαδόν της, ακριβώς όπως θα περίμενε κανείς από τον κλασικό νόμο της αντίστασης.
Και αυτό σημαίνει ότι και ο νόμος του Ohm σύμφωνα με τον οποίο η τάση ισούται με το γινόμενο της έντασης του ρεύματος επί την αντίσταση του αγωγού θα ισχύει.
physicsworld.com - nature.com