سيم كوچك انتقال دهنده الكتريسيته

دانشمندان براي اولين بار نشان داده اند كه يك سيم كوچك كريستالي( بلوري ) منفرد مي تواند به عنوان يك هادي الكتريكي عمل كند . چارلز لايبر و همكارانش در دانشگاه هاروارد عقيده دارند كه اين ليزرهاي كوچك مي توانند براي كاربردهاي متغيري بكار روند زيرا مي توانند بيشتر طول موجها را گسيل كنند . اين كاربردها شامل ارتباطات و مخابرات و همچنين براي انتقال قوي اطلاعات با حجم زياد است .

ليزرهاي نيمه رسانايي كه به طور الكتريكي هدايت مي شوند تا حال براي كاربردها مورد استفاده قرار مي گرفتند اما هزينه ساخت آنها زياد است . علاوه بر اين ابزارهايي كه معمولا براي تركيب كردن نيمه رساناها ساخته شدند كار يكپارچه كردن سيستم هاي پايه سيليكوني را مشكل انجام مي دهند.

براي غلبه بر اين مشكلات ، بسياري از محققين براي يافتن جانشيني مانند ليزرهاي كوچك شروع به تحقيق كردند . يك ليزر به يك واروني جمعيت بين دو تراز انرژي در سيستم احتياج دارد . اين واروني جمعيت به صورتي است كه تراز بالاتر داراي جمعيت بيشتر ي از تراز پايين تر است . اين كار مي تواند بوسيله

ليزرهاي خارجي براي برانگيخته كردن مواد به روشي كه به دمش اپتيكي موسوم است انجام شود . براي كاربردهاي واقعي وسايل مورد استفاده بايد ليزر را به صورت الكتريكي هدايت كنند و نه به صورت اپتيكي .

براي رفع اين مشكل ، لايبر و همكارانش كه بر روي اين طرح كار مي كنند براي اين آزمايش از يك بلور منفرد سولفيد كادميم كه قطر آن ۲۰۰-۸۰ نانومتر است استفاده كردند .

آنچنان سيمهاي بلوري منفرد شبيه اجزاي سازنده اي هستند كه ليزرهايي كه به طور الكتريكي هدايت مي شوند ، را تشكيل مي دهند . اين شباهت به خاطر اين است كه آنها بدون نقص هستند و ويژگيهاي فوق العاده انتقال الكتريكي را به نمايش مي گذارد . اين وسايل بوسيله قراردادن سولفيد كارميم بر سيليلوني كه بقدر زيادي آلوده شده است ساخته مي شوند .

تيم دانشگاه هاروارد به آرامي جريان درون سيم كوچك را افزايش دادند و در شدت نور گسيل شده هنگامي كه جريان بالاي ۲۰۰ ميكرو آمپر باشد ، افزايش مشاهده كردند . اين جريان متناظر با شروع تابش ليزري مي باشد.

لايبر به سايت فيزيك وب گفت : علاوه بر اين اين اولين باري بود كه وسايل هادي الكتريسيته از اجزاي پيش ساخته تشكيل مي شدند . محققين عقيده دارند كه نزديك شدن آنها مي تواند به مواد ديگر تعميم يابد مانند سيم هاي كوچك نيتريد گاليم و فسفيدانيديم .

در اين روش ليزرهاي از مرتبه نانو مي توانند ناحيه فرا بنفش را تا نزديك ناحية فرو سرخ طيف الكترومغناطيسي را مي پوشانند . لايبر گفت كه ضروري است قبل از آنكه از ليزرهاي نانوني در ابزارهاي واقعي جهان استفاده كنند ، قدري بيشتر درباره فيزيك پايه ياد بگيرند .

زندگي و ميرايي و فيزيك :
شواهد نشان دهنده اين است كه مردم بيشتر دوست دارند هنگامي كه به سن پيري مي رسند ، بميرند اما درحقيقت ثابت ماندن نسبت و سرعت مرگ در يك سن معين منجر به وضع ثابت ميرايي مي شود . اكنون جاناتان كو و نويگ ماو در دانشگاه كمبريج و همچنين ( مايك كاتز) در دانشگاه ادينبرگ مدل كامپيوتري اي طراحي كردند كه ايجاد تعادل را در سرعت مرگ با افزايش سن ، خوشايند كرد .
اين نتيجه كه مدلهاي قبلي قادر به دست يافتن به آن نبودند ، ممكن است بيش از پيش به مادر توضيح ميرايي كمك كند .در سال ۱۹۹۵ يك الگوي ظاهر كننده رايانه اي تغيير سن را طراحي كرد كه روش معيني را بر توضيح ميرايي ارائه مي كرد . در اين الگو به هر فرد منحصر به فرد يك رشته عددهاي دو دويي اختصاص مي يابد كه در طول مدت زندگي آن شخص ثابت مي مانند .

هر رقم صفر يا يك تغيير در حالت سلامتي آن فرد را در هر قسمت از عمر او نشان مي دهد . يك صفر نشاندهنده كاهش سلامتي نيست همچنانكه يك عدد يك هم نشان دهنده يك مريضي ارثي ژنيتيكي نيست . در حاليكه زمان به جلو مي رود ، آن الگو تعداد عددهاي يك را ميشمارد . اين عددها يك نشان دهنده تعداد بيماري هايي است كه آن فرد منحصر به فرد داشته است . وقتي اين تعداد به آستانه معيني رسيد آن فرد خاص ميميرد .

نقص عمده الگوي پنا اين است كه پيش بيني مي كند كه همه مردمي كه داراي ساختار ژنيتيكي يكسان هستند بايد دقيقا در يك سن خاص بميرند كه از قبل تعيين شده است . محققين تلاش مي كنند بوسيله كا ر الگويي كه به طور وابسته به رويداد عمل مي كند ، بر اين مشكل غلبه كنند . اما اين مدل قادر به بازسازي يك وضع ميرايي ثابت نيست . تنها با افزايش سن سرعت مرگ را با ملاحظه زياد مي كند . آنچه كه كو و همكارانش انجام دادند پيدا كردن يك راه حل و جواب دقيق براي مشكل پنا بود .

تيم ادينبرگ – كمبريج يك فرمول بسيار عمومي تهيه كردند . فرمولي كه آنها نتيجه گيري كردند اين بود كه افراد بخصوص يك عملكرد پايدار اختياري دارند . محققين الگوي نيا را به اين صورت تعديل كردند كه افرادي كه از نظر ژنيتيكي يكسانند مي توانند نسبتا در سنين مختلفي بميرند بجاي اينكه هميشه در سن يكساني بميرند . محققين عقيده دارند كه عواملي كه باعث ايجاد سرعت مرگ متغير مي شوند بايد ضرورتا وضع ثابت ميرايي اي را بشناسند كه گونه هاي مختلف هم از آن تبعيت مي كنند .

به عبارت ديگر اين نتايج اطلاعات مهمي را براي شركت هاي بيمه و حقوق بازنشستگي در اختيار ما قرار مي دهند .

هدايت كردن كار فيزيكي به سمت كارهاي اقتصادي

اهميت فيزيك براي اقتصاد جهاني در طي ده سال گذشته با توجه به گزارشهاي جديد انسيتو فيزيك ، به طور محسوسي افزايش يافته است . اين گزارش كه مطالعات ده سال پيش را در مورد صنايع فيزيك پايه را بهبود مي بخشد اين مطلب را يافته است كه تعداد كل شركتهاي فيزيك پايه با رقم ۱۶۵% بين سالهاي ۲۰۰۰-۱۹۸۹ افزايش يافته است .اما سرمايه گذاري در اين صنايع همگام با ساختن توليد جديد به پيش نرفت و اين مي تواند به منزله مدركي براي ورشكستگي اين صنايع مي تواند به شمار رود .

گزارشها و خبر ها ۴ راه حل را مشخص كردند . سطوح پايين سرمايه گذاري در نواحي PBI سرعت پايين بازرگاني تحقيق فيزيكي دانشگاهي . كمبود فارغ التحصيل فيزيك و يك تصوير فقير ازعلم مهندسي و صنايع پايه وجود دارد .

مشكل سرمايه گذاري دو روش را به طور واضح مشخص مي كند . سطوح پايين سرمايه گذاري در مخارج هزينه هاي عمده به ازاي اشتغال با ديگر عرصه ها مقايسه شده است و آنچه خبرها و گزارشها بيانگر آن هستند كه از سال ۲۰۰۰ در سرمايه گذاري هاي مشترك در شركتهاي فناوري بحران اجتناب از سرمايه گذاري بوجود آمده است .

حقيقت اينكه در حدود نصف فارغ التحصيلان فيزيك در خارج از صنايع تجاري پايه فيزيكي كار يافته اند و اين موضوع مشكلاتي را براي شركت هاي PBI بوجود آورده است . گزارشها گوياي اين مطلب است كه سرمايه گذاري گويا و مؤثر درصنايع و براي ايجاد امنيت سرمايه گذاري مي تواند به پر كردن خلأ سرمايه گذاري بينجامد . ديگر پيشنهاد ها و توصيه ها شامل آغاز دلگرمي و برقراري روابط بين علم و صنعت و انتقال فناوري در جامعه فيزيكي ميباشد ، خصوصا در دانشگاهها و كوشش و عزم ملي جهت افزايش تعداد مطالعه كنندگان فيزيكي ( دانشجويان و… ) در مدارس و سطح دانشگاهي مي باشد . گزارش روشن مي كند كه فتونيك و نانو تكنولوژي به عنوان دو عرصه با پتانسيل رشد و پيشرفت براي شركتهاي فيزيك پايه مي توانند مودر توجه باشند.

در رابطه با اين گزارشات صحبتها آغاز شد جانشين رئيس جمهور آقاي ديويد ولانس گفت : من مفتخرم كه فيزيك نقش مهمي در اقتصاد uk بازي مي كند و من چشم به راه اين هستم ( انتظار دارم كه ) در ۱۰ سال آينده اهميت اين نقش افزايش يابد و نشانه هاي آشكارا وقوع اين را تأييد مي كند . جان تايلور ، سرپرست كل شوراهاي تحقيق مي گويد كه فناوري ميكرو و نانو مي توانند به توليد در زمان پيش روي ما جان تازه اي ببخشند .
تايلور مي گويد اين بسيار واضح است كه آينده uk در سايه صنايع با ارزش افزوده بالا قرار دارد مانند تجارت و خدمات ارزش زيادي اضافه مي شود و مانع بزرگي براي ورود مديريت صنايع و قسمتهاي كوچك مي شود و اين به خاطر تواناييهاي جديد و بديع است كه بوسيله تحقيق در علم. و فناوري بدست مي آيد .

مختصري راجع به تاريخچه تابشهاي هسته اي :

هر چند جامعه بشري اندك مدتي است كه به فكر آلودگي تابشي محيط زيست ناشي از رشد تكنولوژي هسته اي افتاده است . ولي واقعيت اين است كه كيهاني پر از تابش پرتو هسته اي است و هميشه نيز بوده است . در حال حاضر به ازاي هر ذره بنيادي حدود يك ميليون پرتو در فضا حركت مي كنند . مقدار قابل توجهي از هوايي كه در بر گيرنده اند بخش ماده و پرتو عمري معادل ده ميليون سال دارند .

نظريه هاي بسيار متعالي وجود دارند كه تلاش مي كنند توضيح دهند ما چگونه به اين نقطه زماني و مكاني در كيهان رسيده ايم ، بسط مداوم كيهان را در اين دماي كم (تنها دو درجه بالاتر از صفر مطلق ) چگونه مي توان تشريح كرد . اگر تاريخ تحول كيهاني را از اين زمان تا به گذشته مورد بررسي قرار دهيم ، مي بينيم هر چه به عقب بر ميگرديم كيهان كوچكتر ، چگالتر و گرمتر بوده است .

تا اينكه سر انجام ما به نقطه تولد ، زمان صفر و سياه كيهاني اوليه مي رسيم . چگونه شروع شد ؟ به نظر بعضي ها ، شايد با انفجار بزرگ (BIG Bange ) اوليه ، به هر شكل سيال اوليه يا اصلي كيهان خلق شد . كف بسيار پيچيده اي مركب از ذرات مادي با انرژي بسيار زياد و با سرعتي نزديك به سرعت نور ، در تمام فضا شروع بحركت كرد .چگالي و دماي اين سيال اوليه بطور بي سابقه اي بالا بود . و انرژي اين ذرات حدود بود .

در دسته بندي جديد ، ذرات مختلف در اين سيال را مي توان به خانواده ها درونها ( مزون ، باريون ، نوترون ، پروتون ، هاپيرون ) ، ليپونها ( الكترون ها ، ليونها ، ذرات تاو tau ) و فوتونها ( امواج راديويي ، امواج ريز ، فرو سرخ ، نورمرئي ، فروبنفش ،پرتو ، پرتو) تقسيم كرد بيشتر ذرات موجود در اين سيال متعلق به مادرونها بودند . در حال حاضر نوترونها و پروتون اعضاي مهم اين خانواده هستند كه در روي زمين باقي مانده اند وسنگ بناي اوليه ساختمان هسته و اتم مي باشند .
اعضاي ديگر مادرونها و دو دسته ديگر ذرات را ممكن است در جو يافت اين ذرات در اثر اندر كنش پرتوهاي كيهاني به وجود مي آيند و درحال حاضر ، براي مطالعه و تحقيق تعدادي از اين ذرات را در شتاب دهنده هاي با انرژي زياد توليد مي كنند . تعداد بسيار كمي از ذرات متعلق به خانواده لپتونها بودند.

شناخته شده ترين عنصر اين خانواده الكترون است كه سومين عنصر مهم سازنده اتم مي باشد كه عامل حفظ و نگهداري اتمها در مولكول است . سومين خانواده كه در زمان صفر مهم نبودند خانواده فوتونها هستند كه در طبيعت به صورت انرژيند نه ماده . دو عنصر اين خانواده ، پرتو و پرتو در مطالعه حفاظت در برابر اشعه مورد بررسي قرار مي گيرند . هر ذره مادي در ابتداي خلقت به دو حالت ماده و ضد ماده كه پايدار بودند وجود داشت .

در اثر برخورد بين آنها يا پديده نابودي ، ماده به فوتون و نوترينو تبديل مي شود و البته نه در انرژي بالا و نه در دماي بالا ، بنا بر اين در زمان صفر ، كيهان آكنده از هادرونهاي چگال بود و ماده و ضد ماده مي توانستند بدون فرايند نابودي در كنارم بمانند .سپس دما افت پيدا كرده هادرونها كاهش يافتند و نهايتا دما به ميزاني رسيد كه ماده و ضد ماده در برخورد با يكديگر نابود شدند . پس از ده هزارم ثانيه دما به كاهش يافت ، چگالي به رسيد . اكثر هادرونها همديگر را نابود كردند و در اين هنگام لپتونها پديدار شدند .

تا ۱۰ ثانيه اول لپتونها باقي مانند و بعد از آن تعدادشان با كاهش الكترون ، كاهش يافت ، چگالي به رسيد . اكثر هادرونها همديگر را نابود كردند و در اين هنگام لپتونها پديدار شدند . تا ۱۰ ثانيه اول لپتونها باقي مانند و بعد از آن تعداد شان با كاهش الكترون ، كاهش يافت .
در اين هنگام چگالي به حدود و دما به رسيد . انرژي حاصل از نابودي و كاهش الكترون ها منجر به تابش فوتون و ايجاد منطقه تابش شد . به مدت يك ميليون سال كيهان پر از فوتون شده و در طي اين مدت دما و چگالي به طور مداوم كم و كمتر مي شدند و كيهان گسترش مي يافت . در اين زمان مي توان اين تشبيه را به كار برد : ماده به صورت محلولي بسيار رقيق در جهاني آكنده از نور معلق بود .

هر چند در اين زمان مقداري پروتون و نوترون وجود داشتند كه بتوانند اتمهايي نظير هيدورژن سنگين و هليوم را بسازند ولي به خاطر وجود فوتونها ي پر انرژي اين پيوند شكسته شد و مانع تشكيل اتم گرديد . ولي با افزايش منطقه تابش از انرژي فوتون كاسته شد و ميزان اين انرژي كمتر از انرژي پيوند گرديد و در نتيجه هيدورژن سنگين و هليوم ساخته شدند .

اين هسته ها با جذب نوترون و پروتون هسته هاي سنگين تر را به وجود آوردند . با گسترش كيهاني چگالي تابشي به مراتب سريعتر از چگالي ماده كاهش يافت . وقتي كه دما به k 3000 كاهش يافت ، الكترونها و پروتونها تركيب شده و اتم به وجود آمد . در اين زمان چگالي متوسط كيهان بسط يافته ، به رسيد يك ميليون سال بعد از زمان صفر كيهان از ماده پر شد .

از اين هنگام به بعد ماده تجمع پيدا كرد و كهكشانها و ستاره ها و سيارات ساخته شدند و حدود هسته در كيهان در اين ساختارها وجود دارد و با اين حال براي هر نوترون يا پروتون در صدد فوتون يا نوترينو با چگالي در حدود ۱۰۰۰ وجود دارد .

فيزيك كامپيوتري
سيد محمد اميني
بخش فيزيك ، دانشگاه صنعتي اصفهان
چكيده : پيدايش و تكامل كامپيوتر تأثير زيادي در پيشبرد علوم به ويژه فيزيك داشته است ، به طوري كه به دو بخش سنتي فيزيك تجربي و فيزيك نظري ، بخش نويني به نام فيزيك كامپيوتري افزوده است . در اين مقاله فيزيك كامپيوتري و ارتباط آن با دو بخش ديگر بيان مي شود . علاوه بر اين كلياتي از شبيه سازي كامپيوتري ، با تأكيد بر روش ديناميك مولكولي و يك آزمايش كامپيوتري روي ريز بلور kcl توضيح داده مي شود . در اين آزمايش پديده هاي ذوب ، ابر سرد شدن ، و تشكيل شيشه در ريز بلورهاي شامل ۵۱۲ يون مشا هده شده و كميتهاي مربوط به تغييرات فاز اندازه گيري شده اند . توجه به اين علم و گنجاندن آن برنامه هاي آموزشي و پژوهشي دانشگاهها ضروري مي نمايد .

۱- مقدمه
كامپيوتر ، در طول كمتر ازنيم قرني كه از پيدايش آن مي گذرد ، تأثير زيادي در پيشرفت علوم داشته است . تأثير آن بر فيزيك از همان روزهاي اول استفاده از كامپيوتر آشكار شد و اين تأثير در حدي بود كه به تقسيم بندي سنتي فيزيك ( دو بخش فيزيك نظري و فيزيك تجربي ) بخش تازه اي به نام فيزيك كامپيوتري افزود . در سالهاي اخير حجم پژوهشها در اين بخش ازفيزيك به قدري زياد بوده است كه نتايج آنها نه تنها در نشريه هاي متنوع فيزيكي بلكه در مجلات تخصصي تري ، مثل نيز منتشر مي شوند .
امروزه در تعداد زيادي از دانشگاههاي معتبر ، فيزيك كامپيوتري به عنوان يكي از دروس دوره ليسانس و فوق ليسانس تدريس مي شود . در اين مقاله پس از تعريف فيزيك كامپيوتري ، ارتبا ط آن را با دو بخش ديگر فيزيك مشخص مي كنيم و سپس با ذكر يك تجربه كامپيوتر ي به معرفي بيشتر اين رشته مي پردازيم .

۲- تعريف فيزيك كامپيوتري
در آغاز نگاهي گذرا به دو بخش فيزيك تجربي و فيزيك نظري مي افكنيم . فيزيك تجربي بيشتر به واقعيات ملموس و قابل اندازه گيري مي پردازد در حالي كه كار فيزيك نظري اساسا تنظيم منطقي داده هاي تجربي است . از اين داده ها قوانين كلي شكل مي گيرند و به كمك اين قوانين مي توان پاره اي ازخواص فيزيكي را پيشگويي كرد .

هر دو بخش نظري و تجربي متكي به يكديگر ند و هر بخش براي بررسي صحت نتايج آزمايشها با پيشگويي هاي خود به بخش ديگر نيازمند است . آزمايشهاي جديد به نظريه هاي جديد منجر مي شوند و هر نظريه جديدي خود راهگشاي تجربيات جديد تر است .
پيشرفت فيزيك حاصل رشد هماهنگ دوبخش نظري و تجربي است و در اثر برخورد اين دو ، هر روزه شاهد پيشرفتي در فيزيك هستيم . هم فيزيك نظري و هم فيزيك تجربي به بررسي و رفع موارد اشكال در سير پيشرفت فيزيك مي پردازند و سر انجام يا نظريه ها گسترش مي يابند و يا اصول اصلاح مي شوند تا نظريه جديدي با توانايي بيشتر كه قادربه بيان پديده هاي جديد است ارائه شود .

تكنولوژي نوين كمكهاي شاياني به هر دو بخش نظري و تجربي فيزيك كرده است . در اين مورد كامپيوترها بسياري از مشكلات را آسان كرده اند، ازجمله برآورد عددي توابع رياضي ، يا جمع آوري خود كار داده ها و پردازش آنها به كمك كامپيوتر صورت گرفته است . اين كاربردهاي كامپيوتر در فيزيك ، اگرچه نقش مهمي دارند ، اما در اينجا مورد نظر ما نيستند ، آنچه مورد نظر است به كار گيري كامپيوتر به عنوان وسيلة جديدي براي انجام آزمايش ( آزمايش كامپيوتري ) است . به گونه اي كه ميان نظريهو تجربه پلي ايجاد كند .

در آزمايشهاي كامپيوتري ،‌با استفاده از مدلهاي رياضي ، خواص سيستمهاي پيچيده شبيه سازي ميشود . در اين آزمايشها وسايل آزمايش و مواد مورد آزمايش عبارتند از مجموعة كامپيوتر و برنامه آزمايشگر در محدوده معين خواص مواد را در دسترس دارد . اين وسيله آزمايش ، برخلاف كارهاي آزمايشگاهي كه مواجه با پيچيدگي هايي از قبيل كنترل شرايط و مشكلات اندازه گيري هستند ، محيط كاملاكنترل شده اي به وجود مي آورد ، به طوري كه با اندازه گيري كميت هاي فيزيكي هيچ اختلالي در سيستم ايجاد نمي شود ؛ نتايج قوانين اساسي فيزيك در شرايط خيلي پيچيده به آساني بررسي مي شود ، و در صورت لزوم ، به ميل آزمايشگر مي توان بعضي ازاين قوانين را تغيير داد و اثر اين تغيير را مشاهده كرد . مسائلي مانند غير خطي بودن ، فراواني درجات آزادي عدم تقارن و غيره – كه هر يك مي توانند مشكل بزرگي در نظريه ايجاد كنند ، مانع شبيه سازي نمي شوند .

آزمايشهاي كامپيوتري را مي توان مانند كارهاي آزمايشگاهي اجمالا به سه دسته تقسيم كرد . دسته اول شبيه سازيهايي هستند كه به منظور پيش بيني دقيق كار يك وسيله پيچيده طرح مي شوند در اين مورد تغييرات در وسيله مورد آزمايش سنجيده مي شود .با اين روش مي توان بهترين حالت را قبل از تحمل مخارج سنگين توليد انتخاب كرد . دسته دو

م آزمايشهايي هستند كه به منظور دستيابي به اطلاعاتي كه به راحتي در آزمايشگاه قابل اندازه گيري نيستند طرح مي شوند .
و بالاخره دسته سوم آزمايشهايي هستند كه به منظور رسيدن به نتايجي كه صرفا كاربرد علمي دارند انجام مي شوند . نتايج اين گونه آزمايشها اگر چه ممكن است كاربرد عملي مستقيمي نداشته باشند ولي راهنماي ارزنده اي در پيشبرد نظريه اند.

۳- مراحل راه اندازي يك آزمايش كامپيوتري
در هر يك ازاين مراحل مشكلات و محدوديتهايي وجود دارند كه بايد آنها را شناخت و براي رفع آنها چاره جويي كرد . مي دانيم كه فرمول بندي رياضي پديده هاي فيزيكي در بيشتر موارد يك توصيف تقريبي از آنهاست . فرمولهاي رياضي را بدون توجه به فرضهاي گنجانده شده در آنها نمي تواند به كار برد و ضمنا حدود اعتبار اين روابط را نيز بايد در نظر داشت .
تبديل توصيف رياضي به الگوريتم عددي مستلزم دقت بيشتري است ، زيرا بايد معادلات پيوسته فيزيك كلاسيك را به روابط گسسته رياضي تبديل كرد تا قابل حل با كامپيوترهاي رقمي باشند .