Po raz pierwszy odkryto elektrony „z prędkością światła” poruszające się w 4 wymiarach: ScienceAlert

Nieuchwytne zachowanie elektronów zostało w końcu wyizolowane ze zwykłej aktywności elektronów w materiale ze świata rzeczywistego.

Zespół fizyków kierowany przez Ryohei Oka z Uniwersytetu Ehime zmierzył tak zwane elektrony Diraca w nadprzewodzącym polimerze zwanym dietylenoditio-tetratiawulwaliną. Są to elektrony, które istnieją w warunkach, które czynią je bezmasowymi, co pozwala im zachowywać się jak fotony i oscylować z prędkością światła.

Naukowcy twierdzą, że to odkrycie pozwoli lepiej zrozumieć materiały topologiczne, czyli materiały kwantowe, które wewnątrz pełnią funkcję izolatora elektronicznego, a na zewnątrz przewodnika.

Nadprzewodniki, półprzewodniki i materiały topologiczne zyskują coraz większe znaczenie, szczególnie w kontekście ich potencjalnych zastosowań w komputerach kwantowych. Jednak nadal wiele nie wiemy o tych materiałach i ich zachowaniu.

Elektrony Diraca odnoszą się do powszechnych starożytnych elektronów znajdujących się w nietypowych warunkach, które wymagają dawki szczególnej teorii względności, aby zrozumieć zachowania kwantowe. Tutaj interferencja atomów umieszcza część ich elektronów w dziwnej przestrzeni, która pozwala im odbijać się od materiałów z doskonałą efektywnością energetyczną.

Zostały one sformułowane na podstawie równań fizyka teoretycznego Paula Diraca prawie sto lat temu, a teraz wiemy, że istnieją – rzeczywiście istniały. Wykryto w grafenieObok Inne materiały topologiczne.

Aby jednak wykorzystać potencjał elektronów Diraca, musimy je lepiej zrozumieć i w tym miejscu fizycy napotykają przeszkodę. Elektrony Diraca współistnieją z elektronami standardowymi, co oznacza, że ​​jednoznaczne wykrycie i zmierzenie pojedynczego gatunku jest niezwykle trudne.

Oka i jej współpracownicy znaleźli sposób, aby to osiągnąć, wykorzystując właściwość zwaną rezonansem spinowym elektronów. Elektrony to naładowane cząstki, które się obracają; Ten okresowy rozkład ładunku oznacza, że ​​każdy z nich wykazuje a Dipol magnetyczny. Dlatego też, gdy do materiału zostanie przyłożone pole magnetyczne, może ono oddziaływać ze spinem dowolnych niesparowanych w nim elektronów, zmieniając ich stan spinowy.

Technologia ta może umożliwić fizykom wykrywanie i monitorowanie Niesparowane elektrony. Jak odkrył Oka i inni badacze, można go również wykorzystać do bezpośredniej obserwacji zachowania elektronów Diraca w di(etylenoditio)-tetrawalinie, odróżniając je od elektronów standardowych jako różne układy spinowe.

Zespół odkrył, że aby w pełni zrozumieć elektron Diraca, należy go opisać w czterech wymiarach. Istnieją trzy standardowe wymiary przestrzenne, a mianowicie osie x, y i z; Następnie jest poziom energii elektronu, który stanowi czwarty wymiar.

„Ponieważ struktur domenowych 3D nie można zobrazować w przestrzeni 4D”, Naukowcy wyjaśniają to w swoim artykule„, „Zaproponowana tutaj metoda analizy zapewnia ogólny sposób dostarczenia ważnych i łatwych do zrozumienia informacji na temat struktur pasmowych, których nie można uzyskać w inny sposób.”

Analizując elektron Diraca na podstawie tych wymiarów, badacze byli w stanie odkryć coś, czego wcześniej nie wiedzieliśmy. Ich prędkość ruchu nie jest stała; Zależy to raczej od temperatury i kąta pola magnetycznego wewnątrz materiału.

Oznacza to, że mamy teraz kolejny element układanki, który pomaga nam zrozumieć zachowanie elektronów Diraca, co może pomóc w wykorzystaniu ich właściwości w przyszłej technologii.

Wyniki badań zespołu opublikowano w czasopiśmie Dostarcz materiały.