RW Space

Новый прорыв может помочь ученым разгадать некоторые загадки квантовой сферы.

Впервые физики смогли измерить геометрическую «форму», которую принимает одинокий электрон при движении. твердый. Это достижение откроет совершенно новый способ изучения поведения кристаллических твердых тел на квантовом уровне.

«По сути, мы разработали план получения совершенно новой информации, которую невозможно было получить раньше», — говорит физик Риккардо Комин из Массачусетского технологического института (MIT).

Исследование провели физики Мингу Кан – ранее работавший в Массачусетском технологическом институте, а теперь работающий в Корнельском университете – и Сунджи Ким из Сеульского национального университета.

Внутри физической Вселенной материя ведет себя способами, хорошо описываемыми классической физикой.

Однако на более фундаментальном уровне взаимодействия частиц и методов измерения все может стать немного странным. В лучших масштабах точность должна уступить место более нечеткому описанию, представленному волнами возможностей, известными как квантовая механика.

Мы называем такие объекты, как электроны, частицами, и это создает впечатление, что они подобны крошечные шарики. Учитывая их размер, свойства и поведение электронов гораздо точнее описываются их волновой квантовой природой.

Чтобы описать волновой аспект электронов, физики используют волновые функции: математические модели, которые описывают свойства волны как развивающиеся возможности найти частицу в определенном месте с определенными особенностями.

Некоторые из этих особенностей мы можем рассматривать как своего рода геометрию, часто напоминающую кривую или сферу, которая вращается в бесконечном количестве направлений. Другие формы квантовой геометрии, например электроны в атомной решетке, столь же сложны, как бутылка Клейна или лента Мёбиуса.

Определение некоторых аспектов запутанной квантовой геометрии электрона в твердом теле ранее требовало множества догадок, основанных на свойствах, которые физики могут измерять.

Чтобы измерить квантовую геометрию электронов, Канг, Цзе и их коллеги стремились измерить свойство, известное как квантово-геометрический тензор, или КГТ. Это физическая величина, которая кодирует всю геометрическую информацию квантового состояния, подобно тому, как двумерная голограмма кодирует информацию о трехмерном пространстве.

Использованный ими метод называется фотоэмиссионной спектроскопией с угловым разрешением. При этом фотоны обстреливают материал, чтобы выбить электроны и измерить их свойства, такие как поляризация, спин, и угол.

Это исследование было направлено на монокристаллы сплава кобальта и олова, материала, известного как кагоме. металл – квантовый материал, свойства которого команда ранее исследовала с помощью той же методики.

Результаты предоставили исследователи, впервые измерившие КГТ в твердом теле, и на основе этого они смогли сделать вывод об остальной квантовой геометрии электронов в металле.

Команда сравнила это с теоретически полученной квантовой геометрией для того же материала, что позволило им определить полезность оценки геометрии по сравнению с ее прямым измерением.

И, по их словам, их метод будет применим к широкому спектру материалов, а не только к сплаву кобальта и олова, использованному в этом исследовании. Этот результат будет иметь некоторые интересные последствия. Например, квантовую геометрию можно использовать для открытия сверхпроводимости в материалах, где она обычно не обнаруживается.

» Геометрическая интерпретация квантовой механики лежит в основе многих последних достижений в физике конденсированного состояния», — рассказал журналу Nature Physics анонимный эксперт.

«Эти авторы разработали методологию экспериментального доступа к квантовому геометрическому тензору, который фундаментально характеризует геометрические свойства квантовых состояний. Разработанная методология проста , применим к различным твердотельным материалам и имеет большой потенциал для активизации экспериментальной деятельности в поисках геометрического понимания новых квантовых явлений».

Исследование группы было опубликовано в журнале Nature Physics.