Искали 40 лет: физики обнаружили квантовые шрамы, это может навсегда изменить технологии

Фото: space.com

Электроны хаотичны и демонстрируют двойственную природу, поэтому они обычно не ведут себя упорядоченно. Квантовый шрам — это явление, при котором движущиеся электроны в конечном итоге следуют по одному и тому же повторяющемуся пути. Теперь физики через 40 лет после создания теории о "квантовых шрамах" впервые наблюдали это явление. Исследование опубликовано в журнале Nature, пишет Popular Mechanics.

Физики использовали микроточки углеродного графена для первого наблюдения предсказанного в 1984 году явления под названием квантовый шрам. Захватывая электроны определенным образом, физики, смогли увидеть, как они движутся, а затем увидели, что это движение продолжается предсказуемым образом. Эти предсказуемые орбиты электронов известны как шрамы, и они функционируют аналогично тому, как люди в парке протаптывают свои собственные дорожки в траве, когда ходят по одному и тому же пути каждый день.

Физики описывают квантовые шрамы как окно в странный квантовый мир. Электроны являются своеобразными частицами среди других субатомных частиц. Они ведут себя хаотично, а также демонстрируют корпускулярно-волновой дуализм. То есть могут иметь свойства частицы и волны.

Поэтому физики давно пытались обнаружить более предсказуемое поведение электронов во время движения. Даже внутри высококачественных проводящих материалов электроны часто ведут себя очень хаотично и не перемещаются по эффективным траекториям. Исключением являются случаи, когда траектория представляет собой самый быстрый путь через твердый материал. Но квантовом наномасштабе, при создании квантовых технологий, это не работает.

Термин "квантовые шрамы" был введен для описания того, как поведение электрона может создать область с более высокой плотностью вероятности и заставить тот же электрон продолжать следовать по этому пути снова и снова. Теперь физики использовали новую технологию управления частицами, чтобы впервые напрямую увидеть квантовые шрамы.

Для этого ученые сузили свое исследование до дираковских электронов. Они являются полезными в квантовых исследованиях из-за их очень свободного и энергичного движения. И благодаря электронным микроскопам их легче изучать.

Физики поместили графеновые квантовые точки в контролируемую среду. Эти точки представляют собой наноразмерные материалы, изготовленные путем размещения одного слоя графена, который, как и алмазы или графит, является другим форматом обычных атомов углерода.

По словам физиков, полученные точки ведут себя как твердые материалы или молекулы, но обладают новыми свойствами. Материал имел форму стадиона, и когда ученые сильно увеличили масштаб и посмотрели сверху, то они увидели призрачное изображение электрона, повторяющего во ывремя движения форму восьмерки. То есть электрон двигался предсказуемым образом и его движение было более предсказуемым, чем у любого свободно вращающегося электрона.

Прежде чем такое поведение электронов можно будет превратить в пригодные для использования технологии, физикам еще нужно выяснить, какие конкретные параметры и ситуации приводят к такому поведению. По словам ученых, квантовые шрамы могут навсегда изменить квантовые технологии, хотя еще может пройти много лет, прежде, чем начнется практическое использование этого явления.

Интересные новости всегда под рукой в нашем Telegram-канале

Подписаться

Ирина Скиба / Skibair
Журналист GolosInfo