Впервые экспериментально удалось продемонстрировать одновременное и независимое существование спинонов и орбитонов электронов. Обнаружение орбитонов может продвинуть наше понимание высокотемпературной сверхпроводимости и помочь в создании квантовых компьютеров.
В отличие от протонов и нейтронов, электрон не состоит из частиц. Но в пределах одномерных цепочек атомов он может вести себя так, будто состоит из трёх квазичастиц: холона, спинона и орбитона.
Из-за взаимодействия между электронами в подобных квазиодномерных структурах электроны, имеющие спин 1/2 и подчиняющиеся статистике Ферми — Дирака, начинают вести себя как квазичастицы со спином 0 и 1 — и , подчиняющиеся статистике . Холон переносит только заряд и не переносит спин, в то время как спинон переносит только спин и не переносит заряд. же, теоретически предсказанный около двадцати лет назад, является элементарным квантом орбитальной волны.
Они видели живой орбитон :-). Слева направо: Йероен ван дер Бринк, Кшиштоф Вофельд и Торстен Шмит. (Фото Филипа Дера.)
Ранее уже удавалось добиться разделения электрона на две квазичастицы — холон и спинон. Теперь же, используя метод рентгеновского резонансного неупругого рассеяния (), физики воздействовали на специальный материал, в котором электроны наличествуют в одномерной цепочке атомов при очень низкой температуре. При изучении свойств такого материала под действием RIXS было установлено, что орбитоны распространяются через него независимо от спина их электрона, причём с разной скоростью.
Статья, посвящённая описанию орбитонов, опубликована в свежем выпуске журнала . Её авторы — Джастин Шлаппа, Кшиштоф Вофельд, Кэцзинь Чжоу и др. физики из Германии, Швейцарии, Франции и Нидерландов — наблюдали орбитоны в Sr2CuO3; по характеру это скорее металл, но при этом материал не проводит электричество из-за электрон-электронного взаимодействия. Применение RIXS позволило возбуждать электроны в атомах меди и одновременно отмечать расположение и конфигурацию спинов их электронов.
Замером спина и орбитального углового момента электронов команде г-жи Шлаппа удалось показать, что орбитон и спинон существуют одновременно, при этом передвигаются вдоль Sr2CuO3 с разной скоростью.
Изучение наконец-то экспериментально обнаруженных орбитонов представляет интерес хотя бы потому, что может пролить свет на давнее «недоразумение» с высокотемпературной сверхпроводимостью в ряде веществ, которую существующие теории объяснить не в состоянии. Кроме того, перенос информации между квантовыми точками по таким одномерным материалам может решить основную проблему квантовых компьютеров, а именно то, что квантовые состояния обычно разрушаются до того, как компьютер успевает провести вычисления. Если удастся реализовать передачу информации при помощи орбитонов и спинонов, двигающихся настолько быстро, что их трансфер от одной квантовой точки к другой занимает фемтосекунды, то, наверное, станет возможным построение настоящего квантового компьютера.
Комментариев нет:
Отправить комментарий