Фізики вперше виміряли квантову геометричну форму електронів: чому це важливо (фото)

Фізики змогли виміряти геометричну форму, яку приймає один електрон, коли він рухається через твердий матеріал. Це досягнення відкриває абсолютно новий спосіб вивчення поведінки кристалічних твердих тіл на квантовому рівні. Дослідження було опубліковано в журналі Nature Physics, повідомляє ScienceAlert.

Поведінка матерії у Всесвіті може бути добре описана законами класичної фізики. Але на квантовому рівні взаємодії частинок можуть виглядати дещо дивно. Однією з фундаментальних частинок Всесвіту є електрон. Враховуючи розмір, властивості та поведінку електронів, їх можна набагато точніше описати на основі їх хвильової квантової природи.

Електрони можуть вести себе як частинка, так і як хвиля. Коли вони діють як хвиля, то утворюють хвилеподібні візерунки, які описуються за допомогою хвильових функцій. Це математичний опис, який передбачає ймовірності розташування електрона та інші властивості частинки в даний момент часу.

Деякі з властивостей електрона можна розглядати як свого роду геометрію, але на квантовому рівні. Квантова геометрія електронів довгий час залишалася загадкою для фізиків.

Щоб виміряти квантову геометрію електронів, вчені вирішили виміряти властивість, відому як квантовий геометричний тензор. Це фізична величина, яка кодує всю геометричну інформацію квантового стану, так само як двовимірна голограма кодує інформацію про тривимірний простір. Квантовий геометричний тензор також пояснює, як стан квантової системи змінюється, коли відбувається налаштування певних параметрів, таких як магнітне поле або температура.

Фізики вперше виміряли квантовий геометричний тензор електронів у твердому тілі. До цього розуміння квантової форми електронів було можливе лише в теорії. Розуміння квантової геометрії важливе, оскільки воно показує, як електрони рухаються, взаємодіють і впливають на властивості матеріалу, такі як провідність, магнетизм і надпровідність.

Для вимірювання квантової геометрії електрона фізики використовували фотоемісійна спектроскопія з кутовим розділенням. Цей метод полягає у бомбардуванні частинками світла, тобто фотонами, твердого матеріалу, щоб вибити електрони і виміряти їх властивості.

Фотони були спрямовані на квантовий матеріал, відомий як метал кагоме. У даному випадку це були кристали сплаву кобальту та олова. Дослідження показало форму і структуру енергетичних станів електронів, а також те, як вони переміщуються по матеріалу і взаємодіють з його кристалічною решіткою.

За словами вчених, вони створили метод отримання абсолютно нової інформації про електрони, яку раніше неможливо було отримати. Цей метод можна використовувати для визначення квантової геометрії електронів у будь-якому квантовому матеріалі.

Фізики стверджують, що результат їхнього дослідження матиме деякі цікаві наслідки. Наприклад, квантову геометрію електронів можна використовувати для відкриття надпровідності в матеріалах, де вона зазвичай не зустрічається.