Electroni cu „viteza luminii” care se deplasează în 4 dimensiuni descoperiți pentru prima dată: ScienceAlert

Comportamentul evaziv al electronilor a fost în sfârșit izolat de activitatea obișnuită a electronilor într-un material din lumea reală.

O echipă de fizicieni condusă de Ryohei Oka de la Universitatea Ehime a măsurat ceea ce sunt cunoscuți sub numele de electroni Dirac într-un polimer supraconductor numit dietilenditio-tetrathiavulvalină. Aceștia sunt electroni care există în condiții care îi fac fără masă, permițându-le să se comporte ca niște fotoni și să oscileze cu viteza luminii.

Cercetătorii spun că această descoperire va permite o mai bună înțelegere a materialelor topologice, care sunt materiale cuantice care acționează ca un izolator electronic la interior și un conductor la exterior.

Supraconductorii, semiconductorii și materialele topologice sunt din ce în ce mai importante, în special în ceea ce privește potențialele lor aplicații în calculatoarele cuantice. Dar sunt multe pe care încă nu știm despre aceste materiale și despre modul în care se comportă.

Electronii Dirac se referă la electroni antici obișnuiți în condiții neobișnuite care necesită o doză de relativitate specială pentru a înțelege comportamentele cuantice. Aici, interferența atomilor plasează unii dintre electronii lor într-un spațiu ciudat care le permite să sară în jurul materialelor cu o eficiență energetică excelentă.

Ele au fost formulate din ecuațiile fizicianului teoretician Paul Dirac în urmă cu aproape un secol și acum știm că există – au fost. Detectat în grafenPe langa Alte materiale topologice.

Cu toate acestea, pentru a exploata potențialul electronilor Dirac, trebuie să-i înțelegem mai bine și aici fizicienii se confruntă cu un obstacol. Electronii Dirac coexistă cu electronii standard, ceea ce înseamnă că detectarea și măsurarea fără ambiguitate a unei singure specii este extrem de dificilă.

Oka și colegii ei au găsit o modalitate de a face acest lucru profitând de o proprietate numită rezonanță spin electron. Electronii sunt particule încărcate care se rotesc; Această distribuție periodică a sarcinii înseamnă că fiecare prezintă a Dipol magnetic. Prin urmare, atunci când un câmp magnetic este aplicat unui material, acesta poate interacționa cu spin-ul oricăror electroni neperechi din acesta, schimbându-și starea de spin.

Această tehnologie ar putea permite fizicienilor să detecteze și să monitorizeze Electroni nepereche. După cum au descoperit Oka și ceilalți cercetători, poate fi folosit și pentru a observa direct comportamentul electronilor Dirac în di(etilenditio)-tetravalină, deosebindu-i de electronii standard ca sisteme de spin diferite.

Echipa a descoperit că, pentru a fi pe deplin înțeles, electronul Dirac trebuie descris în patru dimensiuni. Există cele trei dimensiuni spațiale standard, și anume axele x, y și z; Apoi există nivelul energetic al electronului, care constituie a patra dimensiune.

„Deoarece structurile de domenii 3D nu pot fi imaginate în spațiul 4D”, Cercetătorii explică în lucrarea lor„, „Metoda de analiză propusă aici oferă o modalitate generală de a oferi informații importante și ușor de înțeles despre structurile de bandă care nu pot fi obținute altfel.”

Analizând electronul Dirac pe baza acestor dimensiuni, cercetătorii au putut descoperi ceva ce nu știam înainte. Viteza lor de mișcare nu este constantă; Mai degrabă, depinde de temperatură și de unghiul câmpului magnetic din interiorul materialului.

Aceasta înseamnă că acum avem o altă piesă a puzzle-ului care ne ajută să înțelegem comportamentul electronilor Dirac, care poate ajuta la valorificarea proprietăților lor în tehnologia viitoare.

Cercetarea echipei a fost publicată în Furnizați materiale.