یون ها به یاد می آورند! – تینار

به گزارش خبرگزاری تینار،باتری های جامد با حرکت یون ها بین دو الکترود، بار الکتریکی را ذخیره و آزاد می کنند؛ به زبان ساده تر، یون ها مانند یک جریان ملایم از طریق الکترولیت جامد باتری جریان می یابند، این مشاهده اما هنگامی که در مقیاس اتمی صورت می گیرد، نشان می دهد که جریان صاف یک توهم است.

بون های منفرد به طور نامنظم از یک فضای باز به فضای دیگر در داخل شبکه اتمی جادار الکترولیت می جهند و با یک ولتاژ ثابت در جهت الکترود به حرکت در می آیند. پیش بینی این پرش ها سخت است و شناسایی آن ها با چالش های بسیاری همراه است.

با این حال در مطالعه ای که به تازگی صورت گرفته است، محققان با استفاده از تابیدن نور لیزر و تزریق ولتاژ به یون های پرش ولتاژی، متوجه شدند که اکثر یون ها برای مدت کوتاهی جهت خود را معکوس کردند و قبل از از سرگیری سفر معمولی و تصادفی خود، به موقعیت قبلی خود بازگشتند. این اولین نشانه ای بود از این واقعیت که یون ها به نوعی به یاد می آورند که کجا بوده اند.

آندری دی. پولتایف، محقق فوق دکتری در آکسفورد، گفت: «می توانید یون ها را مانند مخلوطی از نشاسته ذرت و آب در نظر بگیرید. اگر این مخلوط نشاسته ذرت را به آرامی فشار دهیم، به شکل مایع شبیه می شوند. اما اگر آن را در مشت بگیریم، به شکل جامد شباهت پیدا می کنند. یون های موجود در باتری مانند نشاسته ذرت الکترونیکی هستند. آنها با حرکت به سمت عقب در برابر لرزش شدید ناشی از نور لیزر مقاومت می کنند.

«حافظه فازی» یون ها، همانطور که پولتایف می گوید، تنها چند میلیاردم ثانیه دوام می آورد. اما دانستن وجود آن به دانشمندان کمک می کند تا برای اولین بار پیش بینی کنند که یون های سیار در مرحله بعدی چه کاری انجام خواهند داد.

محققان برای آزمایشات خود از کریستال های نازک و شفاف، یک الکترولیت جامد از خانواده ای از مواد به نام بتا آلومینا، استفاده کردند. این مواد اولین الکترولیت های با رسانایی بالا بودند که تا به حال کشف شدند. آنها حاوی کانال های کوچکی هستند که یون ها می توانند در آن ها سریع حرکت کنند و از مزیت ایمن تر بودن نسبت به الکترولیت های مایع برخوردار هستند. بتا آلومیناها در باتری های حالت جامد، باتری های سدیم سولفور و سلول های الکتروشیمیایی استفاده می شوند.

هنگامی که یون ها از کانال های بتا آلومینا عبور می کردند، محققان با پالس های نور لیزری که تنها تریلیونم ثانیه طول داشتند، یون ها را تحریک کردند، سپس نوری را که از الکترولیت خارج شد اندازه گیری کردند. با تغییر زمان بین پالس لیزر و اندازه گیری، آنها توانستند دقیقاً تعیین کنند که چگونه سرعت یون ها و جهت ترجیحی آن ها در چند تریلیونم ثانیه پس از برخورد نور لیزر تغییر کرده است.

منبع: scitechdaily

227227