Квантовые торнадо в импульсном пространстве: первое доказательство
Исследователи из Вюрцбурга и Дрездена впервые экспериментально продемонстрировали квантовое торнадо в импульсном пространстве, используя усовершенствованный метод фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением (ARPES). Это явление, предсказанное восемь лет назад Родерихом Месснером, было обнаружено в квантовом полуметалле арсениде тантала (TaAs), где электроны образуют вихреподобные структуры.
Открытие стало результатом совместной работы исследовательской сети ct.qmat, объединяющей университеты Вюрцбурга и Дрездена, а также международных партнеров, и опубликовано в журнале Physical Review X.
Ключевым аспектом исследования стало доказательство того, что электроны могут создавать торнадоподобные структуры в импульсном пространстве, что ранее наблюдалось только в позиционном пространстве.
Достижение было реализовано под руководством Максимилиана Унцельмана, который усовершенствовал метод ARPES, интегрировав в него элементы квантовой томографии. Это позволило реконструировать трехмерную структуру орбитального углового момента электронов и подтвердить их вихревое поведение.
Открытие квантового торнадо имеет важное значение для развития новых квантовых технологий, таких как орбитроника, которая может использовать орбитальный крутящий момент электронов для передачи информации, что потенциально снизит энергопотери в электронных компонентах.
Импульсное пространство, в котором наблюдалось явление, описывает движение электронов через их энергию и направление, а не через физическое положение.
Эксперименты проводились с использованием образца арсенида тантала, выращенного в США и проанализированного в исследовательском центре PETRA III в Гамбурге. Вклад в исследование внесли ученые из Китая и Норвегии, что подчеркивает глобальный характер современной физики.
В будущем команда ct.qmat планирует изучить возможность использования арсенида тантала для создания орбитальных квантовых компонентов, что может открыть новые перспективы в квантовых технологиях.