Τρίτη, 7 Ιουλίου 2020

Ο ΕΛΛΗΝΑΣ ΦΥΣΙΚΟΣ ΕΛΕΥΘΕΡΙΟΣ ΓΟΥΛΙΕΛΜΑΚΗΣ ΣΤΗΝ ΓΕΡΜΑΝΙΑ ΑΝΕΠΤΥΞΕ ΕΝΑ ΝΕΟ ΠΑΝΙΣΧΥΡΟ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ ΑΚΡΑΙΑΣ ΦΩΤΟΝΙΚΗΣ. ΘΑ ΔΟΥΜΕ ΓΙΑ ΠΡΩΤΗ ΦΟΡΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ ΣΕ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ.


Έλληνας φυσικός συνέλαβε την ασύλληπτα γρήγορη κίνηση των εξιτονίων.

Χρησιμοποιώντας εξαιρετικά γρήγορες ακτίνες λέιζερ και ακτίνες Χ, οι επιστήμονες στο Ινστιτούτο Κβαντικής Οπτικής του Max Planck με επικεφαλής έναν Έλληνα ερευνητή, έλαβαν στιγμιότυπα της πιο σύντομης κίνησης ηλεκτρονίων μέσα σε ένα στερεό υλικό μέχρι σήμερα. Η κίνηση των ηλεκτρονίων διήρκεσε μόλις 750 δισεκατομμυριοστά του δισεκατομμυρίου του δευτερολέπτου προτού εξασθενήσει, θέτοντας ένα νέο ρεκόρ της ανθρώπινης ικανότητας να συλλάβει εξαιρετικά γρήγορες διεργασίες μέσα σε στερεά!


Ο  Έλληνας ερευνητής γεννήθηκε στο Ηράκλειο Κρήτης το 1975, αποφοίτησε από το Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης το 2000 και πήρε το διδακτορικό του από το Πανεπιστήμιο του Μονάχου το 2005. Από το 2010 είναι επικεφαλής της Ομάδας Αττοηλεκτρονικής του Εργαστηρίου Αττοφυσικής του Ινστιτούτου Κβαντικής Οπτικής Μαξ Πλανκ στο Γκάρτσινγκ της Γερμανίας.  Εστιάζει την έρευνά του στη μελέτη της δυναμικής των ηλεκτρονίων μέσα στην ύλη, αναπτύσσοντας και χρησιμοποιώντας υπερταχέα φλας ακτίνων λέιζερ.Με την ερευνά του φιλοδοξεί να θέσει τις βάσεις για την ανάπτυξη ηλεκτρονικών κυκλωμάτων που θα λειτουργούν με φως.  Μεταξύ άλλων διακρίσεων, το 2007 τιμήθηκε με το βραβείο «Γ.Φωτεινού» της Ακαδημίας Αθηνών, το 2012 με το βραβείο Οπτικής από τη Διεθνή Ένωση Φυσικής και Χημείας (IUPAP), το 2013 με το βραβείο «Γκούσταβ Χερτς» της Γερμανικής Φυσικής Εταιρείας και το 2015 με το βραβείο «Ρέντγκεν» του Πανεπιστημίου του Γκίσεν.

Χάρη σε ένα νέο πολύ ισχυρό μικροσκόπιο οι επιστήμονες πέτυχαν την πρώτη πραγματική φωτογράφιση των ηλεκτρονίων μέσα σε στερεά σώματα.
Η τεχνική, που είναι εντελώς νέα και χρησιμοποιεί ακτίνες λέιζερ, επιτρέπει για πρώτη φορά να δούμε τα ηλεκτρόνια σε φωτογραφίες.


 

 Το βασικό όργανο του έλληνα ερευνητή είναι ένα «συνθεσάιζερ πεδίου φωτός», που αναπτύσσει ο ίδιος. Οι επιστήμονες έστρεψαν τους ασύλληπτα γρήγορους παλμούς φωτός σε άτομα του αερίου κρυπτόν σε συνθήκες κενού και μέτρησαν ότι τα ηλεκτρόνια του κρυπτόν αντιδρούν στην ηλεκτρομαγνητική δύναμη του φωτός σε περίπου 100 δισεκατομμυριοστά του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου.




Την πρώτη πραγματική φωτογράφιση των ηλεκτρονίων μέσα σε στερεά σώματα, χάρη σε ένα νέο πολύ ισχυρό μικροσκόπιο, πέτυχαν επιστήμονες από τη Γερμανία και την Κίνα με επικεφαλής έναν Έλληνα φυσικό της διασποράς.

Η τεχνική, που είναι εντελώς νέα και χρησιμοποιεί ακτίνες λέιζερ, επιτρέπει για πρώτη φορά να δούμε τα ηλεκτρόνια σε φωτογραφίες. Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον καθηγητή Ελευθέριο Γουλιελμάκη του Εργαστηρίου Ακραίας Φωτονικής του Πανεπιστημίου του Ρόστοκ και του Ινστιτούτου Κβαντικής Οπτικής Μαξ Πλανκ στο Γκάρτσινγκ, έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Nature».

Το επίτευγμα αναμένεται σταδιακά να επηρεάσει διάφορους τομείς, όπως οι επιστήμες των υλικών, της χημείας, των υπολογιστών, των ηλεκτρονικών κ.ά.

Τα μικροσκόπια του ορατού φωτός μάς επιτρέπουν να δούμε μικροσκοπικά αντικείμενα, όπως τα ζωντανά κύτταρα και το εσωτερικό τους. Όμως, δεν μπορούν να διακρίνουν τα ηλεκτρόνια μέσα στα άτομα της στερεής ύλης.  Η αιτία είναι ότι το ορατό φως μπορεί να διακρίνει μόνο αντικείμενα ανάλογα σε μέγεθος με το δικό του μήκος κύματος, το οποίο είναι λίγες εκατοντάδες νανόμετρα (εκατομμυριοστά του μέτρου). Όμως, για να γίνουν ορατά τα ηλεκτρόνια, τα μικροσκόπια πρέπει να έχουν δύναμη μεγέθυνσης μεγαλύτερη κατά μερικές χιλιάδες φορές.

Η ερευνητική ομάδα του δρος Γουλιελμάκη, σε συνεργασία με επιστήμονες του Ινστιτούτου Φυσικής της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών στο Πεκίνο, ανέπτυξαν έναν νέο τύπο μικροσκοπίου, το Πικοσκόπιο Φωτός (Light Picoscope), το οποίο ξεπερνά τους έως τώρα περιορισμούς. Το μικροσκόπιο χρησιμοποιεί ισχυρούς παλμούς λέιζερ για να ακτινοβολήσει λεπτά φιλμ κρυσταλλικών υλικών. Οι παλμοί λέιζερ εξαναγκάζουν μερικά ηλεκτρόνια να επιταχύνουν την κίνησή τους και να συγκρούονται με τα υπόλοιπα, εκπέμποντας έτσι αόρατη ακτινοβολία στο υπεριώδες μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, η οποία καταγράφηκε με ειδικούς ανιχνευτές.



Αναλύοντας τις ιδιότητες αυτής της ακτινοβολίας, οι ερευνητές κατάφεραν να συνθέσουν εικόνες των ηλεκτρονίων, οι οποίες απεικονίζουν τον τρόπο που αυτά κατανέμονται μέσα στα άτομα. «Αυτή η διακριτική ικανότητα αρκεί για να φωτογραφίσουμε τα ηλεκτρόνια με υψηλή ανάλυση», δήλωσε στο Αθηναϊκό-Μακεδονικό Πρακτορείο Ειδήσεων ο κ. Γουλιελμάκης.

Ουσιαστικά, οι ισχυροί παλμοί λέιζερ υποχρεώνουν τα ηλεκτρόνια να γίνουν οι φωτογράφοι του χώρου γύρω τους. Οι εν λόγω φωτογραφίες έχουν ανάλυση λίγων δεκάδων πικομέτρων (περίπου 26), δηλαδή μερικών δισεκατομμυριοστών του χιλιοστού. Τα πειράματα της ομάδας ανοίγουν τον δρόμο για την ανάπτυξη μίας νέας κατηγορίας μικροσκοπίων που βασίζονται στα λέιζερ.

«Στόχος μας είναι να εξοπλίσουμε τους επιστήμονές της χημείας και των υλικών με ένα νέο εργαλείο, που θα τους επιτρέπει να παρατηρούν τον μικρόκοσμο με πρωτοφανή ακρίβεια και έτσι να κατανοήσουν βαθιά τις χημικές και τις ηλεκτρονικές ιδιότητες των υλικών», ανέφερε ο δρ Γουλιελμάκης. «Η λεπτομερή κατανόηση των υλικών αποτελεί θεμέλιο λίθο για την πρόοδο της ηλεκτρονικής επιστήμης, της επιστήμης των υπολογιστών και των επιστημών υγείας. Αυτή η βαθιά κατανόηση, με τη σειρά της, θα επιτρέψει τη δημιουργία νέων υλικών που θα υπηρετούν τον άνθρωπο και που θα σέβονται το περιβάλλον», πρόσθεσε.

Ήδη, οι ερευνητές εργάζονται για τη βελτίωση της τεχνολογίας τους, καθώς σχεδιάζουν να μελετήσουν τα ηλεκτρόνια σε τρεις διαστάσεις και σε μία ευρεία γκάμα υλικών. Επίσης, η ομάδα στοχεύει τώρα να επεκτείνει την τεχνική, ώστε να επιτρέψει την καταγραφή βίντεο που θα απεικονίζει την κίνηση ηλεκτρονίων στα υλικά. «Πρόκειται για έναν πολυπόθητο στόχο της μοντέρνας επιστήμης», καταλήγει ο κ. Γουλιελμάκης.





Η Ελλάδα έχει πολλούς άξιους επιστήμονες, αλλά δεν τους στηρίζει όσο οι ανταγωνιστές της, με συνέπεια αυτοί, ιδίως οι νεότεροι, να συνεχίζουν να φεύγουν σε άλλες χώρες, λέει ο πρωτοπόρος Έλληνας φυσικός της διασποράς δρ Ελευθέριος Γουλιελμάκης, ερευνητής στο γερμανικό Ινστιτούτο Κβαντικής Οπτικής Μαξ Πλανκ, σε συνέντευξή του στο Αθηναϊκό & Μακεδονικό Πρακτορείο Ειδήσεων.

Πρόσφατα, ο 40χρονος Ελευθέριος Γουλιελμάκης πέτυχε μια διπλή πρωτιά σε παγκόσμιο επίπεδο: δημιούργησε τους πιο γρήγορους παλμούς ορατού φωτός και με αυτούς μέτρησε σε πόσο χρόνο αντιδρούν στο φως τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται μέσα στα άτομα της ύλης. Το «φλας» του «αναβοσβήνει» κάθε 380 αττοδευτερόλεπτα, δηλαδή 380 δισεκατομμυριοστά του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου.

Το βασικό όργανο του Έλληνα ερευνητή είναι ένα «συνθεσάιζερ πεδίου φωτός», που αναπτύσσει ο ίδιος. Το επίτευγμά του μπορεί να επιταχύνει την ανάπτυξη μιας νέας γενιάς ηλεκτρονικών κυκλωμάτων και υπολογιστών που θα βασίζονται στο φως και όχι στον ηλεκτρισμό για την επεξεργασία των δεδομένων.

Λευτέρης Γουλιελμάκης: Ο Ελληνας φυσικός διαπρέπει στη Γερμανία -Η διπλή πρωτιά του 40χρονου  iefimerida.gr

Ο Έλληνας ερευνητής γεννήθηκε στο Ηράκλειο Κρήτης το 1975, αποφοίτησε από το Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης το 2000 και πήρε το διδακτορικό του από το Πανεπιστήμιο του Μονάχου το 2005. Από το 2010 είναι επικεφαλής της Ομάδας Αττοηλεκτρονικής του Εργαστηρίου Αττοφυσικής του Ινστιτούτου Κβαντικής Οπτικής Μαξ Πλανκ στο Γκάρτσινγκ της Γερμανίας.

Εστιάζει την έρευνά του στη μελέτη της δυναμικής των ηλεκτρονίων μέσα στην ύλη, αναπτύσσοντας και χρησιμοποιώντας υπερταχέα φλας ακτίνων λέιζερ.Με την ερευνά του φιλοδοξεί να θέσει τις βάσεις για την ανάπτυξη ηλεκτρονικών κυκλωμάτων που θα λειτουργούν με φως.

Μεταξύ άλλων διακρίσεων, το 2007 τιμήθηκε με το βραβείο «Γ.Φωτεινού» της Ακαδημίας Αθηνών, το 2012 με το βραβείο Οπτικής από τη Διεθνή Ένωση Φυσικής και Χημείας (IUPAP), το 2013 με το βραβείο «Γκούσταβ Χερτς» της Γερμανικής Φυσικής Εταιρείας και το 2015 με το βραβείο «Ρέντγκεν» του Πανεπιστημίου του Γκίσεν.



Τι είναι η Αττοφυσική και η Αττοηλεκτρονική; Πόσο εξαπλωμένη είναι η σχετική έρευνα διεθνώς και στην Ελλάδα;

Η Αττοφυσική εστιάζει στην παρατήρηση μικροσκοπικών φαινομένων που συμβαίνουν με ιλιγγιώδεις ταχύτητες, όπως, για παράδειγμα, η κίνηση των ηλεκτρονίων μέσα στα άτομα, στα μόρια και στα υλικά. Για να καταλάβετε πόσο μεγάλες είναι οι ταχύτητες αυτές, ένα ηλεκτρόνιο χρειάζεται μόνο 150 δισεκατομμυριοστά του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου για να γυρίσει γύρω από τον πυρήνα του ατόμου ή, αλλιώς, 150 αττοδεπτερόλεπτα.

Για να φωτογραφήσουμε ηλεκτρόνια σε κίνηση, στην Αττοφυσική αναπτύσσουμε φωτογραφικές συσκευές, στις οποίες το γνωστό μας φλας αντικαθίσταται από φλας ακτίνων λέιζερ, πράγμα που δίνει στους επιστήμονες τη δυνατότητα να βιντεοσκοπήσουν τον μικρόκοσμο σε πραγματικό χρόνο.Η Αττοηλεκτρονική αναφέρεται στη δυνατότητα όχι μόνο να παρατηρήσουμε, αλλά και να ελέγξουμε τα ηλεκτρόνια στην φυσική τους κλίμακα κίνησης και μπορέσουμε έτσι να αναπτύξουμε νέες εφαρμογές στην ηλεκτρονική επιστήμη.

Το πεδίο αυτό ξεκίνησε από μερικά εργαστήρια/πανεπιστήμια στην Ευρώπη, αλλά τώρα έχει εξαπλωθεί σημαντικά, αριθμώντας αρκετές δεκάδες εργαστήρια ανά τον κόσμο. Στην Ελλάδα υπάρχει έρευνα σε αυτό το πεδίο ιδίως στο ΙΤΕ από την ομάδα του καθηγητή Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης Δημήτρη Χαραλαμπίδη, με σημαντική συνεισφορά στην ανάπτυξή του ήδη από την εποχή των πρώτων βημάτων, πριν από περίπου 15 χρόνια.


 Ποιες είναι οι καινοτομίες και οι «πρωτιές» που έχετε ως τώρα πετύχει στην έρευνά σας;

 Πριν 12 περίπου χρόνια, κατά τη διάρκεια της διδακτορικής μου διατριβής ακόμα, αναπτύξαμε για πρώτη φορά μια πειραματική τεχνική, μια βιντεοκάμερα με απλά λόγια, που μας επέτρεψε να φωτογραφήσουμε τις ταλαντώσεις του φωτός οι οποίες επαναλαμβάνονται σχεδόν ένα δισεκατομμύριο δισεκατομμύρια φορές το δευτερόλεπτο, σε πραγματικό χρόνο. Αυτή η τεχνολογία έχει τώρα υιοθετηθεί από πολλά εργαστήρια σε όλο τον κόσμο και αποτελεί βασικό πυλώνα μέτρησης στην αττοφυσική, κάτι για το οποίο οι συνεργάτες μου και εγώ είμαστε ιδιαίτερα περήφανοι.

Μερικά χρόνια αργότερα, φτιάξαμε παλμούς ακτίνων-Χ που διαρκούσαν μόνο μερικές δεκάδες αττοδευτερόλεπτα. Είχαν, δηλαδή, τη διακριτική ικανότητα να «βιντεοσκοπήσουν» ηλεκτρόνια σε κίνηση, πράγμα που κάναμε το 2010. Πέρυσι ανακαλύψαμε ότι, όταν γρήγορα φλας λέιζερ προσπίπτουν στο πιο διαδεδομένο υλικό του πλανήτη μας, στον χαλαζία, ο τελευταίος εκπέμπει ακτινοβολία σε ένα πολύ χρήσιμο μέρος του φάσματος, στο βαθύ υπεριώδες. Αυτή η δυνατότητα ανοίγει το δρόμο σε νέες εφαρμογές της φωτονικής τεχνολογίας.

Η τελευταία μας δουλειά αφορά τη δημιουργία των πλέον γρήγορων φλας ορατού φωτός,τα οποία, σαν εργαλεία, θα δώσουν ώθηση στην κατάκτηση του κόσμου των ηλεκτρονίων.

Έχετε αναπτύξει κι ένα πρωτότυπο «συνθεσάϊζερ φωτός». Τι ακριβώς κάνει αυτό;

Οι μουσικοί χρησιμοποιούν κύματα του ήχου, τις γνωστές μας νότες, τις οποίες συνθέτουν για να δημιουργήσουν μια μελωδία.Το φως είναι και αυτό ένα κύμα, με τη διαφορά ότι ταλαντώνεται δισεκατομμύρια φορές πιο γρήγορα από τον ήχο. Στο φως, αντί για νότες, έχουμε τα χρώματα: υπέρυθρο, κόκκινο, κίτρινο, μπλε, υπεριώδες.

 Το συνθεσάιζερ φωτός συνθέτει τα χρώματα φωτός λέιζερ με τέτοιο τρόπο, ώστε να σχηματίσουν ένα πολύ σύντομο ορατό φλας. Πρόσφατα, με την στήριξη του Ευρωπαϊκού Συμβουλίου Έρευνας, ξεκινήσαμε ένα πρόγραμμα που στοχεύει στην εμπορική διάθεση της συσκευής, δεδομένου ότι αρκετά πανεπιστήμια ανά το κόσμο έχουν εκφράσει ενδιαφέρον να εξοπλίσουν τα εργαστήρια τους με αυτό.

Πού θα στοχεύσει η μελλοντική έρευνά σας;

Να επεκτείνουμε την ερευνά μας σε στερεά σώματα και να προσπαθήσουμε να μετρήσουμε και να ελέγξουμε τα ηλεκτρικά ρεύματα σε συχνότητες ορατού φωτός η ακόμα και παραπέρα. Αυτό θα ήταν ένα σημαντικό βήμα, ώστε να θέσουμε τις στερεές βάσεις για τη γεφύρωση φωτονικής και ηλεκτρονικής.

Πώς θα συγκρίνατε την έρευνα στη Γερμανία και στην Ελλάδα;

 Η κατάκτηση της γνώσης που πηγάζει από την έρευνα, εξαρτάται από το πόσο οι κοινωνίες μας είναι διατεθειμένες να επενδύσουν σε αυτή. Και σε αυτό το θέμα σίγουρα ως Ελλάδα υστερούμε σημαντικά. Δεν υστερούμε σε άξιους επιστήμονες με όραμα και όρεξη για σκληρή δουλειά. Όπως και στον αθλητισμό όμως, δεν μπορείς να κάνεις πρωταθλητισμό, όταν δεν παρέχεις στήριξη στους αθλητές σου, συγκρίσιμη με εκείνη των ανταγωνιστών τους.

  Πώς νιώθετε ως Έλληνας στη Γερμανία, μετά από όλα αυτά τα χρόνια της οικονομικής κρίσης και την κατά καιρούς ένταση στις ελληνο-γερμανικές σχέσεις;

 Αισθάνθηκα πολλές φορές άσχημα. Αλλά ειλικρινά, με τόσους συμπολίτες μας να υποφέρουν αυτή τη στιγμή, νομίζω ότι η δική μου ενόχληση είναι το λιγότερο που θα πρέπει να μας απασχολεί.Θα έλεγα πάντως ότι δεν έχει υπάρξει κάποια επίπτωση στη ζωή μου ή στη δουλειά μου από αυτή την ένταση και ελπίζω ότι αυτό θα μείνει έτσι.

Συνεχίζεται το κύμα εξόδου Ελλήνων επιστημόνων προς τη Γερμανία; Πόσο εύκολο είναι για έναν Έλληνα ερευνητή ή επαγγελματία να ξεκινήσει μια νέα καριέρα στη Γερμανία;

 Η κινητικότητα των επιστημόνων είναι σημαντική. Κακό για την χώρα μας θα ήταν αν ένα μεγάλο μέρος των νέων φοιτητών μας που φεύγουν στο εξωτερικό, δεν γυρίσουν ποτέ πίσω.Το αν αυτό θα γίνει η όχι, εξαρτάται σημαντικά από την ευαισθησία και το όραμα των εκάστοτε κυβερνήσεων προκειμένου να το αποτρέψουν.

Οι δυνατότητες ενός Έλληνα επιστήμονα για καριέρα στην κεντρική Ευρώπη εξαρτώνται κατά ένα μεγάλο βαθμό από την επιστημονική του/της ηλικία. Είναι ευκολότερο στα πρώτα στάδια της επιστημονικής καριέρας, δηλαδή στις διδακτορικές σπουδές ή στη μεταδιδακτορική έρευνα. Σε μετέπειτα στάδια είναι πιο δύσκολο, αλλά όχι αδύνατο.

Εσείς νοσταλγείτε την Ελλάδα; Θα γυρίζατε ποτέ πίσω και υπό ποιές προϋποθέσεις;

 Φυσικά η οικογένεια μου και εγώ νοσταλγούμε την Ελλάδα. Αν γύριζα ποτέ, θα ήταν επειδή ο δρόμος της Φυσικής θα με έφερνε εκεί, αλλά δεν θα έβαζα προϋποθέσεις. Δεν μπορείς να βάζεις προϋποθέσεις στο σπίτι σου, πρέπει να γυρίσεις και να το φτιάξεις όπως νομίζεις ότι πρέπει να είναι. Πολλοί Έλληνες το έχουν κάνει στο παρελθόν και νομίζω ότι αυτό είναι το σωστό.





Έλληνας φυσικός συνέλαβε την ασύλληπτα γρήγορη κίνηση των εξιτονίων
Χρησιμοποιώντας εξαιρετικά γρήγορες ακτίνες λέιζερ και ακτίνες Χ, οι επιστήμονες στο Ινστιτούτο Κβαντικής Οπτικής του Max Planck με επικεφαλής έναν Έλληνα ερευνητή, έλαβαν στιγμιότυπα της πιο σύντομης κίνησης ηλεκτρονίων μέσα σε ένα στερεό υλικό μέχρι σήμερα. Η κίνηση των ηλεκτρονίων διήρκεσε μόλις 750 δισεκατομμυριοστά του δισεκατομμυρίου του δευτερολέπτου προτού εξασθενήσει, θέτοντας ένα νέο ρεκόρ της ανθρώπινης ικανότητας να συλλάβει εξαιρετικά γρήγορες διεργασίες μέσα σε στερεά!
Η ερευνητική ομάδα του Έλληνα φυσικού Ελευθερίου Γουλιελμάκη στη Γερμανία σημείωσε αυτή τη διεθνή επιτυχία, καθώς για πρώτη φορά κατάφερε να «συλλάβει» σε πραγματικό χρόνο μέσα στα στερεά υλικά, με μια δικής του κατασκευής κάμερα, την ασύλληπτα γρήγορη κίνηση των εξιτονίων, που αποτελούν ένα συνδυασμό ηλεκτρονίων και οπών. Χρησιμοποιώντας πολύ γρήγορους παλμούς λέιζερ και ακτίνες-Χ, οι επιστήμονες του Ινστιτούτου Κβαντικής Οπτικής Μαξ Πλανκ στο Γκάρτσινγκ, με επικεφαλής τον Έλληνα ερευνητή, «φωτογράφησαν» κινήσεις εξιτονίων που δεν διήρκεσαν πάνω από 750 αττοδευτερόλεπτα ή δισεκατομμυριοστά του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου.
Αυτό το χρονικό διάστημα αποτελεί νέο ρεκόρ, όσον αφορά την ικανότητα των επιστημόνων να βλέπουν ασύλληπτα μικρές και γρήγορες διαδικασίες που συμβαίνουν μέσα στα στερεά. Η ομάδα του Γουλιελμάκη έκανε τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Science».
«Ήμασταν σε θέση να αποκτήσουμε ποσοτικές πληροφορίες σχετικά με τις ιδιότητες των πυρήνων των εξιτονίων, όπως η μικρογραφία τους, το μέγεθος της οποίας ήταν ελάχιστα μεγαλύτερο από αυτό ενός ατόμου, ή πόσο εύκολα είναι πολωμένοι από το ορατό φως», λέει ο Γουλιελμάκης. “Η τεχνική μας προωθεί τα εξιτώνια, δηλαδή τη μέτρηση, τον έλεγχο και την εφαρμογή τους στο καθεστώς ακτίνων Χ. Αλλά ταυτόχρονα, είναι ένα γενικό εργαλείο για τη μελέτη υπερύθρων διεργασιών που εκκινούν με ακτίνες Χ σε στερεά σε φυσικές κλίμακες χρόνου τους. Μια τέτοια ικανότητα δεν ήταν ποτέ δυνατή πριν από την επιστήμη των ακτίνων Χ. “
Εδώ και δεκαετίες οι επιστήμονες που μελετούν τα μυστικά του μικρόκοσμου, υποψιάζονταν ότι όταν ακτίνες-Χ πέφτουν πάνω στην ύλη, σχηματίζονται νέα σωματίδια που μοιάζουν με άτομα και που ονομάζονται εξιτόνια εσωτερικών φλοιών (core-excitons). Όταν η ακτινοβολία-Χ πέφτει πάνω σε στερεά υλικά ή σε μεγάλα μόρια, ένα ηλεκτρόνιο απωθείται από την αρχική θέση του κοντά στον πυρήνα του ατόμου, αφήνοντας πίσω του μια τρύπα.
Οι φυσικοί πίστευαν ότι αυτός ο συνδυασμός του «απελευθερωμένου» ηλεκτρονίου και της θετικά φορτισμένης οπής σχηματίζει ένα οιονεί σωματίδιο. Όμως, μέχρι τώρα δεν υπήρχε κάποια απτή απόδειξη για την ύπαρξή των εξιτονίων εσωτερικών φλοιών.
Ορισμένοι επιστήμονες αμφισβητούσαν ότι τέτοια σωματίδια υπάρχουν πραγματικά. Έως τώρα το ζήτημα δεν μπορούσε να απαντηθεί, επειδή αυτού του είδους τα εξιτόνια, αν πραγματικά υπήρχαν, θα «ζούσαν» μόνο για περίπου ένα εκατομμυριοστό του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου.
Μέχρι σήμερα είχε καταστεί εφικτό να παρατηρηθούν μέσα σε υλικά μόνο τα απλά εξιτόνια, τα οποία δημιουργούνται από το κανονικό φως και τα οποία μπορούν να αξιοποιηθούν σε διάφορες εφαρμογές όπως η οπτοηλεκτρονική και η μικροηλεκτρονική (ημιαγωγοί). Όμως τα εξιτόνια εσωτερικών φλοιών είναι πολύ πιο βραχύβια και μέχρι σήμερα δεν υπήρχε καμία τεχνική ικανή να καταγράψει την κίνησή τους και να μελετήσει τις ιδιότητές τους.
Η ομάδα του εδώ και περίπου μια δεκαετία εργάζεται για να αναπτύξει τις πιο γρήγορες κάμερες του κόσμου, με στόχο την παρατήρηση των υπερταχέων διαδικασιών στον μικρόκοσμο.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν αυτά τα εργαλεία για πρώτη φορά για να αποδείξουν ότι αυτά τα εξωτικά σωματίδια υπάρχουν και μάλιστα ζουν μόνο 750 αττοδευτερόλεπτα. Ο χρόνος ζωής των εξιτονίων εσωτερικών φλοιών αποτελεί το πλέον βραχύβιο φαινόμενο, που έχει ποτέ παρατηρηθεί σε πραγματικό χρόνο από επιστήμονες.
Χρησιμοποιώντας λάμψεις ακτινοβολίας-Χ με διάρκεια λίγων εκατοντάδων αττοδευτερολέπτων (ένα αττοδευτερόλεπτο είναι 0,000000000000000001 δευτερόλεπτα), που ακολουθήθηκαν από παλμούς λέιζερ παρόμοιας διάρκειας, πέτυχαν να δημιουργήσουν μια κάμερα υπερυψηλής ταχύτητας, η οποία τους επέτρεψε να τραβήξουν για πρώτη φορά εικόνες σε πραγματικό χρόνο της κίνησης των εξιτονίων μέσα σε διοξείδιο του πυριτίου.
Εκτός από τη «σύλληψη» των εξιτονίων επί το έργον, οι ερευνητές μπόρεσαν να αποκτήσουν περισσότερες πληροφορίες για τις ιδιότητες αυτών των οιονεί σωματιδίων, σχετικά με τις διαστάσεις τους και το πόσο εύκολα πολώνονται από το ορατό φως.

Ο Ελευθέριος Γουλιελμάκης, ερευνητής στο Μαξ Πλανκ, δημιούργησε και μέτρησε το ταχύτερο ηλεκτρικό ρεύμα στο εσωτερικό ενός στερεού υλικού

Ο Έλληνας φυσικός της διασποράς, ο δρ Ελευθέριος Γουλιελμάκης του Ινστιτούτου Κβαντικής Οπτικής Μαξ Πλανκ στη Γερμανία, δημιούργησε και μέτρησε το ταχύτερο ηλεκτρικό ρεύμα στο εσωτερικό ενός στερεού υλικού. Χρησιμοποιώντας υπερταχείς παλμούς λέιζερ, η ομάδα Αττοηλεκτρονικής του Γουλιελμάκη, επιτάχυνε τα ηλεκτρόνια του ρεύματος, ώστε να κάνουν οκτώ εκατομμύρια δισεκατομμυρίων ταλαντώσεις ανά δευτερόλεπτο, πραγματοποιώντας έτσι ένα νέο ρεκόρ στη συχνότητα του ηλεκτρικού ρεύματος στο εσωτερικό στερεών υλικών.

Ο Έλληνας φυσικός της διασποράς, ο δρ Ελευθέριος Γουλιελμάκης του Ινστιτούτου Κβαντικής Οπτικής Μαξ Πλανκ στη Γερμανία, δημιούργησε και μέτρησε το ταχύτερο ηλεκτρικό ρεύμα στο εσωτερικό ενός στερεού υλικού. Χρησιμοποιώντας υπερταχείς παλμούς λέιζερ, η ομάδα Αττοηλεκτρονικής του Γουλιελμάκη, επιτάχυνε τα ηλεκτρόνια του ρεύματος, ώστε να κάνουν οκτώ εκατομμύρια δισεκατομμυρίων ταλαντώσεις ανά δευτερόλεπτο, πραγματοποιώντας έτσι ένα νέο ρεκόρ στη συχνότητα του ηλεκτρικού ρεύματος στο εσωτερικό στερεών υλικών.


  • Η Αττοφυσική εστιάζει στην παρατήρηση μικροσκοπικών φαινομένων που συμβαίνουν με ιλιγγιώδεις ταχύτητες, όπως, για παράδειγμα, η κίνηση των ηλεκτρονίων μέσα στα άτομα, στα μόρια και στα υλικά. Για να καταλάβετε πόσο μεγάλες είναι οι ταχύτητες αυτές, ένα ηλεκτρόνιο χρειάζεται μόνο 150 δισεκατομμυριοστά του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου για να γυρίσει γύρω από τον πυρήνα του ατόμου ή, αλλιώς, 150 αττοδεπτερόλεπτα.
  • Για να φωτογραφήσουμε ηλεκτρόνια σε κίνηση, στην Αττοφυσική αναπτύσσουμε φωτογραφικές συσκευές, στις οποίες το γνωστό μας φλας αντικαθίσταται από φλας ακτίνων λέιζερ, πράγμα που δίνει στους επιστήμονες τη δυνατότητα να βιντεοσκοπήσουν τον μικρόκοσμο σε πραγματικό χρόνο.Η Αττοηλεκτρονική αναφέρεται στη δυνατότητα όχι μόνο να παρατηρήσουμε, αλλά και να ελέγξουμε τα ηλεκτρόνια στην φυσική τους κλίμακα κίνησης και μπορέσουμε έτσι να αναπτύξουμε νέες εφαρμογές στην ηλεκτρονική επιστήμη.
  • Το πεδίο αυτό ξεκίνησε από μερικά εργαστήρια/πανεπιστήμια στην Ευρώπη, αλλά τώρα έχει εξαπλωθεί σημαντικά, αριθμώντας αρκετές δεκάδες εργαστήρια ανά τον κόσμο. Στην Ελλάδα υπάρχει έρευνα σε αυτό το πεδίο ιδίως στο ΙΤΕ από την ομάδα του καθηγητή Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης Δημήτρη Χαραλαμπίδη, με σημαντική συνεισφορά στην ανάπτυξή του ήδη από την εποχή των πρώτων βημάτων, πριν από περίπου 15 χρόνια.

Η απόδοση των σύγχρονων ηλεκτρονικών συσκευών, όπως οι υπολογιστές και τα κινητά τηλέφωνα, εξαρτάται από την ταχύτητα του ηλεκτρικού ρεύματος στο εσωτερικό των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων.
Αν και η σταδιακή συρρίκνωση των τρανζίστορ και των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων σε ολοένα και μικρότερες διαστάσεις επιτρέπει την αύξηση της απόδοσής τους και της ταχύτητας λειτουργίας τους, αυτή η συμβατική μέθοδος αρχίζει να πλησιάζει τα φυσικά της όρια.
Όπως δήλωσε ο Γουλιελμάκης «όταν η τεχνολογία συναντά τα όρια της, ο λόγος δίδεται στην φυσική, η οποία αναλαμβάνει να εξερευνήσει νέα μονοπάτια. Εδώ και μερικά χρόνια υποψιαζόμασταν ότι το φως λέιζερ θα μπορούσε να παίξει ένα σημαντικό ρόλο στην αναζήτηση νέων μεθόδων για την ανάπτυξη ολοένα και πιο γρήγορων ηλεκτρονικών συσκευών, οι οποίες θα μπορέσουν να ανταποκριθούν στις ολοένα αυξανόμενες ανάγκες της πληροφορικής και των επικοινωνιών».
Στη νέα επιστημονική έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό “Nature“, o Έλληνας φυσικός και οι συνεργάτες του έδειξαν πειραματικά ότι πράγματι το φως ενός λέιζερ μπορεί να θέσει τα ηλεκτρόνια των υλικών σε κίνηση πανομοιότυπη με εκείνη των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων, όπως για παράδειγμα του επεξεργαστή ενός ηλεκτρονικού υπολογιστή, αλλά με ταχύτητα -ή πιο σωστά με συχνότητα- περίπου ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερη.
«Αυτή είναι και η μεγαλύτερη συχνότητα ηλεκτρικού ρεύματος που έχει ποτέ καταγραφεί. Ηλεκτρικά ρεύματα τόσο υψηλών συχνοτήτων δεν μπορούν να καταγραφούν με συμβατικά εργαλεία. Για τον λόγο αυτό, χρησιμοποιήσαμε μια σειρά από νέες τεχνικές της Αττοηλεκτρονικής, που η ομάδα μου ανέπτυξε τα τελευταία χρόνια. Τα εργαλεία αυτά έπαιζαν καταλυτικό ρόλο στην πραγματοποίηση της νέας μας έρευνας» επισήμανε ο  Γουλιελμάκης.
Πρόσθεσε ότι «η σημερινή ηλεκτρονική τεχνολογία των ηλεκτρονικών βασίζεται σε αρχές της φυσικής και σε ιδέες που αναπτύχθηκαν στις αρχές του περασμένου αιώνα. Σήμερα πλέον προσπαθούμε να θέσουμε τα θεμέλια, στα οποία θα στηριχθεί η τεχνολογία των ηλεκτρονικών και των επιστημών πληροφορίας του μέλλοντος».
Οι ερευνητές δοκίμασαν την επιτάχυνση του ηλεκτρικού ρεύματος στο εσωτερικό του διοξειδίου του πυριτίου, ενός υλικού που χρησιμοποιείται ως μονωτής στην ηλεκτρονική βιομηχανία. Όταν το υλικό αυτό εκτέθηκε στο ισχυρό φως λέιζερ, η αγωγιμότητά του αυξήθηκε κατά σχεδόν 20 τάξεις μεγέθους.
«Η δυνατότητα το φως να αντικαταστήσει τις συμβατικές πηγές ηλεκτρισμού, όπως οι μπαταρίες, δημιουργώντας ηλεκτρικά ρεύματα στο εσωτερικό στερεών υλικών, έχει εξάψει τη φαντασία των επιστημόνων για πάνω από ένα αιώνα. Σήμερα, καθώς ο έλεγχος της ύλης από τα λέιζερ προοδεύει ταχύτατα και η ικανότητα μέτρησης ηλεκτρικών πεδίων με μεγαλύτερη ακρίβεια από ποτέ είναι πια πραγματικότητα, η ιδέα της χρήσης λέιζερ για την καθοδήγηση της κίνησης των ηλεκτρονίων μέσα στα στερεά υλικά, έτσι ώστε να δημιουργηθούν ρεύματα υψηλής συχνότητας, κερδίζει γρήγορα έδαφος» τόνισε ο Γουλιελμάκης, ο οποίος οραματίζεται ένα «πάντρεμα» της Ηλεκτρονικής και της Φωτονικής στο όχι μακρινό μέλλον.









ΖΗΝΩΝ  ΠΑΠΑΖΑΧΟΣ

Δεν υπάρχουν σχόλια :

Δημοσίευση σχολίου

Σχόλια που δεν συνάδουν με το περιεχόμενο της ανάρτησης, όπως και σχόλια υβριστικά προς τους αρθρογράφους, προσβλητικά σχόλια προς άλλους αναγνώστες σχολιαστές και λεκτικές επιθέσεις προς το ιστολόγιο θα διαγράφονται.

LinkWithin

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...