Kenarda yaşayan elektronlar optimum enerjiyi açığa çıkarabilir: ScienceAlert

Doğru koşullar altında elektronlar, iletkenin sınırlarını aşarak, iletkenin derinlerindeki hızlı sıçramalardan ve yüksek basınçlı trafikten kurtarılabilir. Burada kolay devreleri tek yönlü, dirençsiz akıma dönüştürebilirler.

Teori, elektronların “kenar durumunda” akışının ardındaki temel ilkeleri açıklasa da, küçük ve geçici davranışı nedeniyle, faydalarından yararlanabilecek uygulamaları geliştirecek kadar iyi anlaşılmasının zor olduğu kanıtlandı.

Yeni bir çalışmada, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden (MIT) araştırmacılar, elektronları değiştirmek için ultra soğuk sodyum atomlarından oluşan bir bulut kullandılar; bu, uç durum fiziği ile aynı etkiyi elde etti, ancak bunu ayrıntılı olarak incelemelerine olanak sağlayacak bir ölçek ve sürede elde edildi. .

“Bizim düzeneğimizde aynı fizik atomlarda da oluyor, ancak milisaniye ve mikron ölçeğinde.” Diyor ki Fizikçi Martin Zuerlein.

“Bu, fotoğraf çekebileceğimiz ve atomların sistemin kenarı boyunca sonsuza kadar sürünmesini izleyebileceğimiz anlamına geliyor.”

Hall etkisi olarak bilinen olaya göre, manyetik alan akıma dik olarak konumlandığında gerilimler ortaya çıkar. Orası Kuantum versiyonu Bunun aynı zamanda etkisi de vardır, çünkü düz iki boyutlu uzayda elektronlar çevredeki alanlara göre daireler halinde hareket ederler.

Bu iki boyutlu yüzey bir “topolojik” malzeme sınıfının bir parçasının kenarı olduğunda, elektronların belirli yerlerde birikmesi ve kuantum fiziğinin öngördüğü gibi kuantum tarzında hareket etmesi gerekir. Bu olay yaygın olmasına rağmen malzeme özelliklerini akış hızı ve yönü ile ilişkilendirmek kolay değildir. Bu eylemler yalnızca bir femtosaniye (saniyenin katrilyonda biri) sürer ve bu da onları düzgün bir şekilde incelemeyi neredeyse imkansız hale getirir.

Bu son araştırma, elektronları incelemek yerine, bir lazer kullanılarak yerine yerleştirilen ve aşırı soğuk bir duruma indirgenen yaklaşık bir milyon sodyum atomunu içeriyordu. Daha sonra tüm sistem, atomların lazer tuzağının yörüngesinde dönmesini sağlayacak şekilde manipüle edildi.

Bu dönme, atoma etki eden diğer fiziksel kuvvetlere ek olarak kenar durumunun temel koşullarından birini taklit eder: manyetik alan. Daha sonra malzemenin kenarı görevi görecek bir lazer ışığı halkası yerleştirildi.

Atomlar ışık halkasıyla çarpıştığında, kenar durumundaki elektronlarda olduğu gibi düz bir çizgide ve bu çizgi boyunca tek yönde hareket ederler. Araştırmacıların ortaya koyduğu engeller bile atomları saptırmayı başaramadı.

“Bunun bir kase içinde çok hızlı bir şekilde dönen misketler gibi olduğunu ve onların da kasenin kenarı etrafında dönmeye devam ettiğini hayal edebilirsiniz.” Diyor ki Zwerlin.

“Sürtünme yok. Histerezis yok ve atomlar sistemin geri kalanına sızmıyor veya dağılmıyor. Sadece güzel, tutarlı bir akış var.”

Araştırmacılar, sistemlerinde kenar durumlarına ilişkin önceki teorik tahminlerle eşleşen etkileşimleri gözlemleyebildiler; bu, bu tür bir çalışmada bu atomların gerçekten de elektronların yerini alabileceğini öne sürdü; ancak bu şimdiye kadar ilk kez yapıldı. Bu hala geçerli. . İlk günler.

Quantum Hall etkisi gibi olaylar süperiletkenlikle, yani elektrik enerjisinin ısı kaybı olmadan daha verimli şekilde iletilmesi fikriyle yakından ilişkilidir. Bu sonuçlar aynı zamanda araştırmalara da yardımcı olabilir Kuantum bilgisayarlar Ve gelişmiş sensörler.

“Bu, fiziğin çok güzel bir parçasının çok açık bir şekilde farkına varılmasıdır ve bu sınırın önemini ve gerçekliğini ilk elden gösterebiliriz.” Diyor ki Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden fizikçi Richard Fletcher.

“Şu andaki doğal eğilim, ne bekleneceği konusunda işler netleştikçe sisteme daha fazla engel ve etkileşim eklemek yönünde.”

Araştırma şu tarihte yayınlandı: Doğa fiziği.