Ученые обнаружили новое состояние электронной материи

Москва, 09:46, 22 Фев 2020, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Ученые наблюдали новое состояние электронной материи в квантовом масштабе, которое формируется, когда электроны слипаются в пути, и это может улучшить наше понимание и применение квантовой физики.

Движение является ключом к этому новому квантовому состоянию. Когда электрический ток подается на полупроводники или металлы, электроны внутри обычно движутся медленно и беспорядочно в одном направлении.

Но все не так в особом типе среды, известной как баллистический проводник, где движение происходит быстрее и равномернее.

Новое исследование показывает, как в очень тонких проводниках баллистической проволоки электроны могут объединяться — создавая совершенно новое квантовое состояние вещества, созданное исключительно из ускоряющихся электронов.

«Обычно электроны в полупроводниках или металлах движутся и рассеиваются, и в конечном итоге дрейфуют в одном направлении, если приложить напряжение», — говорит физик Джереми Леви из Университета Питтсбурга. «Но в баллистических проводниках электроны движутся как автомобили на шоссе».

«Открытие, которое мы сделали, показывает, что когда электроны могут притягивать друг друга, они могут образовывать сгустки из двух, трех, четырех и пяти электронов, которые буквально ведут себя как новые типы частиц, новые формы электронного вещества».

Баллистические проводники могут использоваться для расширения границ того, что возможно в электронике и классической физике, и тот, который использовался в этом конкретном эксперименте, был сделан из алюмината лантана и титаната стронция.

Интересно, что когда исследователи измерили уровни проводимости, которые они обнаружили, они следовали одному из самых известных паттернов в математике — треугольнику Паскаля. Когда проводимость увеличилась, она пошла по схеме, которая соответствует одному из рядов треугольника Паскаля, следуя порядку 1, 3, 6, 10 и так далее.

 «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 так далее», — говорит Леви.

По словам исследователей, такое скопление электронов похоже на то, как кварки связываются вместе, образуя нейтроны и протоны. Электроны в сверхпроводниках тоже могут объединяться, объединяясь в пары для координации движения.

Результаты могут чему-то научить нас о квантовой запутанности, которая, в свою очередь, является ключом к успеху в области квантовых вычислений и сверхбезопасного, сверхбыстрого квантового Интернета.

По словам Леви, это еще один пример того, как мы реконструируем мир, основываясь на том, что мы обнаружили в результате открытия основ квантовой физики — основываясь на важной работе, проделанной за последние несколько десятилетий.

Исследование было опубликовано в журнале Science.