Обнаружено новое электронное состояние вещества
Обычно электроны в полупроводниках или металлах движутся и рассеиваются, и в конечном итоге дрейфуют в одном направлении
Исследовательская группа во главе с профессорами факультета физики и астрономии Питтсбургского университета объявила об открытии нового электронного состояния вещества.
Джереми Леви, выдающийся профессор физики конденсированных сред, и Патрик Ирвин, научный сотрудник, являются соавторами статьи «Ряд проводимости Паскаля в баллистических одномерных каналах LaAIO3 / SrTiO3». Исследование сосредоточено на измерениях в одномерных проводящих системах, в которых электроны перемещаются без рассеяния группами по два или более одновременно, а не по отдельности.
«Обычно электроны в полупроводниках или металлах движутся и рассеиваются, и в конечном итоге дрейфуют в одном направлении, если подать напряжение. Но в баллистических проводниках электроны движутся больше как автомобили на шоссе. Преимущество в том, что они не выделяют тепло и могут использоваться способами, которые сильно отличаются от обычной электроники. Исследователи до нас преуспели в создании такого рода баллистического проводника», — объясняет Джереми Леви.
«Открытие, которое мы сделали, показывает, что когда электроны могут притягиваться друг к другу, они могут образовывать группы из двух, трех, четырех и пяти электронов, которые буквально ведут себя как новые типы частиц, новые формы электронного вещества».
Он сравнил результаты с тем, как кварки связываются вместе, образуя нейтроны и протоны. Важным ключом к раскрытию нового вопроса было признание того, что эти баллистические проводники соответствовали последовательности внутри треугольника Паскаля.
«Если вы посмотрите в разных направлениях на треугольники Паскаля, вы увидите различные числовые паттерны, и один из паттернов был 1, 3, 6, 10, 15, 21. Это последовательность, которую мы заметили в наших данных, поэтому она стала подсказкой о том, что на самом деле происходит. Открытие заняло у нас некоторое время, чтобы понять, но это было потому, что мы изначально не понимали, что мы смотрим на частицы, состоящие из одного электрона, двух электронов, трех электронов и т. д. Если вы объедините все это вместе вы получите последовательность 1,3,6,10.»
Леви, который также является директором Питтсбургского квантового института, отметил, что новые частицы имеют свойства, связанные с квантовой запутанностью, и потенциально могут быть использованы для квантовых вычислений и квантового перераспределения. Он сказал, что открытие — это захватывающее продвижение к следующему этапу квантовой физики.
«Во время первой квантовой революции люди обнаружили, что мир вокруг них в основном регулировался законами квантовой физики. Это открытие привело к пониманию периодической таблицы, поведению материалов и помогло в разработке транзисторов, компьютеров, МРТ-сканеров и созданию информационных технологий».
«Сейчас, в 21 веке, мы смотрим на все странные предсказания квантовой физики, разворачиваем их и используем их. Когда вы говорите о приложениях, мы думаем о квантовых вычислениях, квантовой телепортации, квантовых коммуникациях, квантовом зондировании… это идеи, которые используют свойства квантовой природы материи, которые были проигнорированы ранее».
DOI: 10.1126/science.aat6467 «Pascal conductance series in ballistic one-dimensional LaAlO3/SrTiO3 channels» Science (2020).