"Dalelės, žinomos, kaip "skylės", leidžia sukurti šiuolaikinį pasaulį ir įsivaizduoti nuostabią ateitį. Supratimas, kas tai yra, kaip jas pasigaminti ir naudoti, buvo vienas didžiausių praėjusio šimtmečio mokslo laimėjimų. Tai pabrėžia fundamentinių tyrimų, kuriuos skatina smalsumas, ilgalaikę vertę.
Įsivaizduokite, kad staiga ištraukiate elektroną iš medžiagos atomo. Galiausiai atomas nusistovi į stabilią būseną, kur sritis aplink trūkstamą elektroną yra pažymėta randu – vieta, kurioje elektronas turėtų būti, bet jo nėra. Tokio pobūdžio randas vadinamas skyle.
Kadangi jos atsiranda dėl to, kad nėra elektrono, kuris pagal susitarimą turi neigiamo krūvio vienetą, skylės turi teigiamo krūvio vienetą (kaip protonai). Kai kuriose medžiagose, įskaitant metalus ir puslaidininkius, skylės yra judančios; iš tiesų, kadangi skylės yra daug lengvesnės, nei protonai, jos gali judėti daug vikriau.
Kodėl šis mobilumas svarbus? Galutinis beveik visos mūsų energijos šaltinis yra spinduliuotė, tekanti iš milžiniško branduolių sintezės reaktoriaus, mūsų saulės. Medžiai apdoroja saulės šviesą į medieną, kurią galime sudeginti; kai kurie seniai negyvi augalai, suardomi bakterijų ir veikiami spaudimo, virsta nafta, kurią taip pat galime sudeginti. Tačiau šie biologiniai procesai sugauna tik nedidelę saulės energijos dalį Žemėje, o jų išnaudojimas sukelia bjaurių šalutinių poveikių, kai sudegusi anglis išsiskiria į šiltnamio efektą sukeliančias dujas.
Kitoks dalykas, kurį galime padaryti su saulės šviesa, yra leisti jos energijai išstumti elektronus iš įprastos padėties. Viskas, ko reikia, yra saulės spinduliu paveikti tinkamą medžiagą, paprastai vadinamą fotovoltine medžiaga. Saulės spinduliu energingi fotonai gali sujudinti elektronus, išlaisvindami juos ir sudarydami skyles. Jei įterpsime įtampą per medžiagą, elektronai ir skylės atsiskirs, nes jie turi priešingus krūvius. Dėl to teka elektros srovė. Presto, saulės šviesą pavertėme elektros srovėmis, o saulės energiją – elektros energija.
Elektros energija yra graži energija. Tai patogu, nes turime puikių būdų ją laikyti ir transportuoti; ji yra švari, nes nėra degimo. Ir tai, kad saulė išskiria apie dešimt tūkstančių kartų daugiau energijos, nei šiuo metu suvartoja žmonės, rodo tvarios ateities galimybę, kurioje galima ekonomikai augti.
Taip pat galime padaryti skyles chemiškai, sumaišydami priemaišas, kuriose yra mažiau chemiškai aktyvių elektronų, nei jų pakeičiami atomai. Sumanus silicio, sumaišyto – arba „legeruoto“ – su elektronų neturinčiu boru, kuriame gausu skylučių, ir su fosforu legiruotų sričių, kuriose gausu elektronų, sugretinimas leidžia valdyti elektros srautus, panašiai, kaip užtvankos ir tranšėjos leidžia mums kontroliuoti vandens srautus. Ši strategija yra kietojo kūno elektronikos, pagrindinės šiuolaikinių ryšių ir informacijos apdorojimo technologijos, pagrindas.
Skylės pirmą kartą buvo aptiktos teoriškai, atliekant tyrimus, nutolusius nuo praktinių sumetimų. Wolfgango Pauli išskyrimo principas, atrastas 1925 m., tyrinėjant atomų spektrus, parodė, kad atomuose ir molekulėse gali atsirasti į skylę panašių laisvų vietų. 1930 m. Paulas Diracas, bandydamas suderinti kvantinę teoriją su reliatyvumo teorija, buvo paskatintas hipotetinėje idealioje kosminėje medžiagoje įdiegti skylių, kurias jis pavadino antielektronais arba pozitronais, sąvoką. Novatoriški Rudolfo Peierlso ir kitų tyrinėjimai, kurie ilgainiui išaugo į šiuolaikinį supratimą apie skyles medžiagose, buvo paskatinti to intelektualinio fermento.
Tie pionieriai neturėjo omenyje tranzistorių ar fotovoltinių elementų. Paraiškos buvo pateiktos po dešimtmečių. Jie buvo tiesiog smalsūs žmonės, siekę geriau suprasti pasaulį. Tame yra mums pamoka“ [1]
1. REVIEW --- Wilczek's Universe: How Endless Energy Flows From a Hole
Wilczek, Frank.
Wall Street Journal, Eastern edition; New York, N.Y. [New York, N.Y]. 21 May 2022: C.4.
Komentarų nėra:
Rašyti komentarą