При правильных обстоятельствах электроны могут быть освобождены от крысиных бегов и напряженного движения глубоко внутри проводника, обходя его границы. Там они могут без усилий вращать круги в одностороннем токе без сопротивления.
Хотя теория описывает основные принципы, лежащие в основе этого потока электронов в «граничном состоянии», понимание его достаточно хорошо, чтобы разрабатывать приложения, которые могут воспользоваться его преимуществами оказалось непросто из-за его небольшого и мимолетного поведения.
В новом исследовании исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) ) использовали облако ультрахолодных атомов натрия вместо электронов, достигнув аналогичного эффекта краевого состояния и физики, но в масштабе и продолжительности, достаточно длительных, чтобы позволить им изучить его подробно.
«В нашей установке та же самая физика происходит в атомах, но в миллисекундах и микронах», — говорит физик Мартин Цвирляйн.
«Это означает, что мы можем делать снимки и наблюдать, как атомы практически вечно ползут по краю. системы.»
Согласно так называемому эффекту Холла, напряжение возникает, когда магнитное поле расположено перпендикулярно току. Существует также квантовая версия этого эффекта, когда в плоском двумерном пространстве электроны движутся по кругу относительно окружающих полей.
Когда эта двумерная поверхность является краем фрагмента класса «топологических В материале электроны должны накапливаться в определенных положениях и двигаться квантованным образом, как предсказывает квантовая физика. Каким бы распространенным ни казалось это явление, связь свойств материалов со скоростью и направлением потока далеко не однозначна. Действия длятся всего лишь фемтосекунды (квадриллионные доли секунды), что делает их изучение практически невозможным.
Вместо изучения электронов , установка этого последнего исследования включала около миллиона атомов натрия, которые перемещались в нужное положение с помощью лазеров и приводились в ультрахолодное состояние. Затем всей системой манипулировали, чтобы заставить атомы перемещаться вокруг лазерной ловушки.
Это вращение в сочетании с другими физическими силами, действующими на атом, моделировало одно из ключевых условий краевого состояния: магнитное поле. Затем было введено кольцо лазерного света, которое действовало как край материала.
Когда атомы попадали в световое кольцо, они двигались вдоль него по прямой линии и в одном направлении, как это происходит с электроны в краевом состоянии. Даже препятствия, созданные исследователями, не смогли отклонить атомы от их маршрута.
«Вы можете представить, что это похожи на шарики, которые вы очень быстро раскрутили в миске, и они просто продолжают вращаться и вращаться. вокруг края чаши», — говорит Цвирляйн.
«Нет никакого трения. Нет никакого замедления, никаких утечек или рассеяния атомов в остальную часть системы. Есть просто красивый, последовательный поток. .»
Исследователям удалось наблюдать взаимодействия в своей системе, которые соответствуют предыдущим теоретическим предсказаниям для краевых состояний, предполагая, что эти атомы действительно могут заменять электроны в такого рода исследованиях – хотя, поскольку это первый если это когда-либо было сделано, то это еще только начало.
Такие явления, как эффект квантового Холла, тесно связаны со сверхпроводимостью и идеей более эффективной передачи электрической энергии без потерь тепла. Эти результаты могут также помочь в исследованиях квантовых компьютеров и современных датчиков.
«Это очень чистая реализация очень красивой части физики, и мы можем напрямую продемонстрировать важность и реальность этого преимущества», — говорит физик Ричард Флетчер из Массачусетского технологического института.
«Естественное направление состоит в том, чтобы теперь вводить в систему больше препятствий и взаимодействий, где становится все более неясно, чего ожидать».
исследование было опубликовано в журнале Nature Physics.
Магнитное поле Земли резко изменилось чуть более 40 000 лет назад. Теперь мы можем воспринимать…
Марсианская парейдолия снова наносит удар. Снимок, сделанный марсоходом «Персеверанс» во время выполнения своих обязанностей, является…
В 1995 году исследователи Калифорнийского технологического института в Паломарской обсерватории института впервые наблюдали нечто, похожее…
Что касается звезд, то звезды М-класса – более известные как красные карлики – кажется, что…
Орбитальная испытательная машина X-37B (OTV) была окутана тайной с момента ее первого полета в 2011…
Google в понедельник подписала соглашение о получении электроэнергии из небольших ядерных реакторов для поддержки искусственного…