Библиотека по физике Библиотека по физике
Новости    Библиотека    Энциклопедия    Биографии    Ссылки    Карта сайта    О сайте


19.04.2012

Физики разделили электрон на орбитон и спинон

Индивидуальные (изолированные) электроны считаются элементарными частицами, то есть их нельзя разложить на составляющие. Однако в 80-х годах прошлого века советские физики-теоретики предсказали, что электроны в одномерной цепочке атомов можно будет разложить на три квазичастицы — орбитон, спинон и холон.

Так в представлении художника могло бы выглядеть разделение электрона на две квазичастицы, определяющие его свойства (иллюстрация David Hilf)
Так в представлении художника могло бы выглядеть разделение электрона на две квазичастицы, определяющие его свойства (иллюстрация David Hilf)

Провести такой эксперимент сложно, прежде всего, с технической точки зрения. Чтобы зафиксировать происходящее, необходимо было уловить крайне малое изменение энергии пучка фотонов (фото Scanderbeg Sauer Photography)
Провести такой эксперимент сложно, прежде всего, с технической точки зрения. Чтобы зафиксировать происходящее, необходимо было уловить крайне малое изменение энергии пучка фотонов (фото Scanderbeg Sauer Photography)

Холон отвечает за заряд электрона, спинон определяет его спин, а орбитон – орбитальное положение. "Эти квазичастицы могут двигаться в материале с разной скоростью и даже в разных направлениях", — добавляет профессор Йероэн ван ден Бринк (Jeroen van den Brink) из немецкого Института конденсированного состояния и материалов (IFW).

Такое нелогичное с точки зрения классической физики явление возможно из-за волновой природы электронов в атоме. "Когда мы возбуждаем электрон, он разделяется на несколько волн, каждая из которых несёт свою характеристику электрона. Но вне материала они не могут существовать независимо", — объясняет профессор.

В 1996 году физики впервые разложили электрон на холон и спинон. Недавно ван ден Бринк и его коллеги добились разделения электрона на орбитон и спинон.

Для этого учёные направили пучок рентгеновских фотонов на электрон в одномерном образце купрата стронция (Sr2CuO3). Кванты света электромагнитного излучения перевели электрон в возбуждённое состояние, он перешёл на более высокий энергетический уровень (другую орбиталь атома), при этом часть энергии фотонов поглотилась.

Затем поток фотонов возвращается на детекторы. Учёные определяют их количество, энергию, импульс, сравнивают полученные данные с компьютерными моделями.

Так выяснилось, что, когда фотоны теряли энергию в диапазоне от 1,5 до 3,5 электронвольт, спектр пучка получался похожим на тот, что был построен в ходе компьютерного моделирования процесса разделения электрона на орбитон и спинон, двигающихся в материале в противоположных направлениях.

Таким образом, физики впервые получили экспериментальное подтверждение разделения элементарной частицы на эти квазичастицы, а также впервые "поймали" третий компонент — орбитон.

Исследователи полагают, что их открытие поможет понять природу высокотемпературной сверхпроводимости. Существует гипотеза, что именно движение орбитонов определяет это крайне важное для практического применения свойство материалов. Теперь появилась возможность проверить это предположение.

Ещё одно потенциальное применение нынешнего открытия — создание квантовых компьютеров. Использование квантовых свойств частиц в отличие от классических позволит производить расчёты быстрее – орбитальные переходы занимают фемтосекунды (10-15)! Работать с информацией можно будет на уровне спинонов и орбитонов.

Осталось всего ничего "поделить электрон на все три компонента одновременно", — подводит итог профессор ван ден Бринк.

Юлия Рудый


Источники:

  1. Вести.Ru




Пользовательского поиска




Физики превратили непроводящий полимер в полупроводник силой звука

Десять невозможных вещей, ставших возможными благодаря современной физике

Физики нашли возможную брешь в Стандартной модели

Ученые объяснили звуки метеоров

Теория эмерджентности: что такое реальность?

Ученые математически доказали недостижимость абсолютного нуля температуры

Четыре крупнейших ошибки в научной жизни Эйнштейна






© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2017
При копировании материалов проекта обязательно ставить ссылку на страницу источник:
http://physiclib.ru/ 'PhysicLib.ru: Библиотека по физике'

Рейтинг@Mail.ru