Новое состояние электронов, при котором они ведут себя как свет

Открытие подтверждено Фондом естественных наук (NSF) и детально описано в сегодняшнем номере журнала Science. Это может привести к новым видам электронных устройств.

 

Электроны, или частицы электричества, движутся в пространстве как крошечные бейсбольные мячики. Напротив, когда электрон ускоряется внутри периодической структуры атомов кристалла, он ведёт себя совершенно по-другому.  Базовые уравнения, которые описывают и его движение в кристалле очень отличается от свободно летающих бейсбольных мячиков. К примеру, в висмуте базовые уравнения движения электронов напоминают те, что описывают поведение света. Несмотря на то, что электроны вращаются в кристалле медленнее, чем скорость света, электроны ведут себя как фотоны, мельчайшие составляющие света.

 

Более десяти лет назад физики теоретики при поддержке NFS изучали электроны проходящие через искусственную многоуровневую схему, состоящую из полупроводников – то из чего делают транзисторы. Они предсказали, что появится новый вид электронного вещества, управляемого принципами квантовой механики. Учёные предположили, что кристаллы висмута могут демонстрировать аналогичное состояние электронов.

 

Группа принстонских  учёных под руководством Фуан Онга закрепила кристаллы висмута на консольную балку и затем поместила этот аппарат в высокое магнитное поле, созданное в условиях лаборатории NSF, которая способна генерировать магнитные поля более чем в миллион раз сильнее слабого земного магнитного поля.

 

 

Под действием такого громадного магнитного поля консоль вращается. То, как она вращается, говорит исследователям из Принстонского университета о едва уловимом новом виде вещества в кристалле висмута.

 

С данными исследованиями теория электродинамики предлагает богатое разнообразие электронных состояний полупроводников. Учёные продолжают свою исследовательскую деятельность. Однажды эти недавно открытые электронные состояния вещества смогут вдохновить на создание новых электронных устройств для вычисления и общения, которые действуют по принципам квантовой механики. А пока мы можем восхищаться тонкой красотой природы, живущей во вселенной электронов, которая лежит под ярким небом металлических кристаллов.