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.
„Kawioholik. Fanatyk alkoholu na całe życie. Typowy ekspert podróży. Skłonny do napadów apatii. Internetowy pionier”.
More Stories
Chińska rakieta zostaje wystrzelona na niewidoczną stronę Księżyca
Porównanie załogi komercyjnej NASA Boeing Starliner i SpaceX Dragon
SpaceX wystrzeliwuje pierwsze satelity WorldView Legion firmy Maxar na pokładzie samolotu Falcon 9 z bazy sił kosmicznych Vandenberg – lot kosmiczny teraz