تعرف موجة كثافة الشحنة (CDW) بأنها عبارة عن حالة كمومية عيانية تتكون من تعديل دوري لكثافة الشحنة الإلكترونية مصحوبًا بتشويه دوري للشبكة الذرية، وتتمثل وحدتها كولوم لكل متر مربع وهي كمية الشحنة لكل وحدة مساحة وتُقاس بوحدة كولوم لكل متر مربع (C⋅m − 2) في أي نقطة على توزيع شحنة سطحية على سطح ثنائي الأبعاد.
ما هي موجة كثافة الشحنة
موجة كثافة الشحنة (CDW) عبارة عن سائل كمي مكون من الإلكترونات في مركب سلسلة خطية أو بلورة ذات طبقات، حيث تعمل الإلكترونات في (CDW) نمط موجة واقفة وبعض المرات تحمل مجتمعة تيارًا كهربائيًا، إن الإلكترونات الموجودة في (CDW) تماما كتلك الموجودة في الموصل الفائق، حيث من الممكن أن تتدفق عبر مجمع سلسلة خطي بشكل جماعي بطريقة ذات ترابط كبير.
على عكس الموصل الفائق يتدفق تيار (CDW) الكهربائي في بشكل كبير بطريقة متشنجة مثل الماء الذي يقطر من صنبور لأن خصائصه الكهروستاتيكية، وفي (CDW) من الممكن أن يحدث تأثيرات للتثبيت بسبب الشوائب والتفاعلات الكهروستاتيكية وبسبب الشحنات الكهربائية الصافية لأي مكامن خلل في (CDW).
تتألف معظم (CDW) في البلورات المعدنية بسبب طبيعة تماثل صفاتها مع الخصائص الموجية للإلكترونات وهو شكل من أشكال ازدواجية الموجةالميكانيكية الكمومية، مما يعمل على أن تكون كثافة الشحنة الإلكترونية معدلة مكانيًا لإنشاء مطبات دورية في الشحنة، حيث تعمل هذه الموجة الواقفة على كل دالة موجية إلكترونية، حيث يتم تكوينها بواسطة الجمع بين حالات الإلكترون أو الوظائف الموجية للعزم المعاكس.
إن التأثير مشابه إلى حد ما للموجة الواقفة في وتر الغيتار، والتي يمكن اعتبارها مزيجًا من موجتين متداخلتين متحركتين في اتجاهين متعاكسين، ويصاحب (CDW) في الشحنة الإلكترونية تشويه دوري بشكل أساسي شبكة فائقة للشبكة الذرية، تم التنبؤ بوجود (CDW) لأول مرة في الثلاثينيات من قبل العالم رودولف بيرلز.
المواد والأجهزة الكمومية لموجة الشحن والكثافة
مرحلة موجة كثافة الشحنة (CDW) هي حالة كمومية عيانية تتكون من تعديل دوري لكثافة الشحنة الإلكترونية مصحوبًا بتشويه دوري للشبكة الذرية، وغالبًا ما تظهر الأشكال غير التقليدية من الموصلية الفائقة من مرحلة (CDW) ومن ثم الاهتمام الأساسي، تم إجراء العمل المبكر على تأثيرات (CDW) باستخدام عينات مجمعة، والتي تحتوي على هياكل بلورية شبه أحادية البعد (1D) لسلاسل ذرية 1D شديدة الارتباط والتي ترتبط ببعضها البعض بشكل ضعيف بواسطة قوى فان دير فال.
تم إجراء العديد من الملاحظات المذهلة مثل النقل غير الخطي والتيار الكهربائي المتذبذب للجهود المستقلة عن الزمن وتأثيرات مماثلة لتأثير جوزيفسون الملحوظ في الموصلات الفائقة والاستجابة العازلة العملاقة والحالات الموصلة الثانوية على سبيل المثال لا الحصر، وشهدت السنوات الأخيرة ولادة جديدة في مجال (CDW) الموجود في مواد (van der Waals) ذات الطبقات ثنائية الأبعاد (2D)، وفي بعض الحالات مظاهر (CDW) في درجة حرارة الغرفة (RT) وما فوقها.
عاد الاهتمام بالمواد شبه 1D (CDW) إلى الظهور أيضًا بسبب الاكتشاف الأخير لعدم التفاهة الطوبولوجية للعديد منها، وعلى الرغم من العديد من الأسئلة الفيزيائية المفتوحة، فإن مجال المواد الكمومية في (CDW) يتطور بسرعة نحو مجالات الفيزياء والهندسة التطبيقية مع إمكانات تطبيق للمضخمات وأجهزة الكشف والذاكرة والأجهزة الإلكترونية الضوئية ومعالجة المعلومات والإلكترونيات الصلبة الإشعاعية.
موجة كثافة الشحنة في مواد شبه ثنائية الأبعاد
العديد من أنظمة شبه ثنائية الأبعاد بما في ذلك ثنائي كالكوجينيدات معدنية انتقالية تخضع لانتقالات بيريلز لتشكيل (CDW) شبه ثنائي الأبعاد، وتنتج هذه من موجات موجات متداخلة متعددة تقارن مناطق مسطحة مختلفة من سطح فيرمي، حيث يمكن أن يشكل تعديل الشحنة إما شبكة قرص العسل ذات تناظر سداسي أو نمط رقعة الشطرنج.
يصاحب موجة كثافة الشحنة (CDW) الإزاحة الشبكية الدورية، وقد تبين ذلك مباشرة في 1T-TaS 2 عن طريق المجهر الإلكتروني المبرد، وفي عام 2012 تم الإبلاغ عن أدلة على التنافس ومراحل (CDW) الأولية للموصلات الفائقة التي تتميز بدرجة الحرارة العالية مثل (YBCO).
نقل موجة كثافة الشحنة (CDW) في مركبات السلسلة الخطية
كانت الدراسات المبكرة للموصلات شبه 1-D مدفوعة باقتراح في عام 1964 مفاده أن أنواعًا معينة من مركبات سلسلة البوليمر يمكن أن تظهر الموصلية الفائقة مع درجة حرارة حرجة عالية، استندت النظرية إلى فكرة أن اقتران الإلكترونات في نظرية الموصلية الفائقة يمكن التوسط من خلال تفاعلات الإلكترونات الموصلة في سلسلة واحدة مع إلكترونات غير موصلة في بعض السلاسل الجانبية.
وعلى النقيض من ذلك يتم التوسط في اقتران الإلكترون عن طريق الفونونات أو أيونات تهتز في نظرية الموصلات الفائقة التقليدية، ونظرًا لأن الإلكترونات الخفيفة بدلاً من الأيونات الثقيلة ستؤدي إلى تكوين أزواج كوبر فإن ترددها المميز ومقياس الطاقة سوف يتحسن.
تم الإبلاغ عن أول دليل على نقل (CDW) في مركبات السلسلة الخطية غير العضوية مثل مركبات ثلاثي كالكوجينيدات المعادن الانتقالية في عام 1976 بواسطة (Monceau et al) الذين لاحظوا تحسين التوصيل الكهربائي في الحقول الكهربائية المتزايدة، وكانت المساهمة غير الخطية في التوصيل الكهربائي مقابل الحقل E مناسبة لخاصية نفق لاندو زنير.
لكن سرعان ما تم إدراك أن خاصية حقل زنير المميزة كان أصغر بكثير من أن يمثل نفق زنير للإلكترونات العادية عبر فجوة بيرلس، أظهرت التجارب اللاحقة مجالًا كهربائيًا ذو عتبة حادة، بالإضافة إلى قمم طيف الضوضاء الذي يقاس تردده الأساسي مع تيار (CDW)، حيث تؤكد هذه التجارب وغيرها أن (CDW) يحمل بشكل جماعي تيارًا كهربائيًا بطريقة متشنجة فوق مجال العتبة.
تأثيرات التداخل الكمومي عل موجة كثافة الشحنة
تم الإبلاغ عن أول دليل على الظواهر المتعلقة بتأثير أهارونوف-بوم في (CDWs) في ورقة عام 1997، والتي وصفت التجارب التي أظهرت تذبذبات الفترة h / 2 e في التوصيل (CDW) ليس الإلكترون الطبيعي مقابل التدفق المغناطيسي من خلال العيوب العمودية في NbSe 3.
وأظهرت التجارب اللاحقة بما في ذلك بعض التقارير التي تم الإبلاغ عنها في عام 2012 أن التذبذبات في تيار (CDW) مقابل التدفق المغناطيسي في الفترة المهيمنة h / 2 e من خلال TaS 3 هناك حلقات تصل إلى 85 ميكرون في محيط أعلى من 77 ك، ويعتبر جهاز التداخل الكمي فائق التوصيل (الحبار) الذي أضاف مصداقية على فكرة أن نقل الإلكترون (CDW) هو أساسًا كمومي بطبيعته.
تعتبر موجة كثافة الشحنة (CDW) عبارة عن سائل كمي مرتب من الإلكترونات في مركب سلسلة خطية أو بلورة ذات طبقات، حيث تشكل الإلكترونات داخل (CDW) نمط موجة واقفة وأحيانًا تحمل مجتمعة تيارًا كهربائيًا.
