Эйнштейн объяснил фотоэффект, а томские физики нашли ему новое применение — закрученные электроны
В 1905 году Альберт Эйнштейн объяснил фотоэффект, показав, что свет состоит из квантов — фотонов, которые выбивают электроны из вещества. Это открытие заложило основы квантовой механики. Спустя 100 лет физики Петр Казинский, Владислав Рякин и Марк Мокринский из ТГУ предложили новую главу в этой истории. Они исследовали, как закрученные фотоны — световые волны, несущие орбитальный угловой момент, — могут генерировать закрученные электроны.
Статья опубликована в журнале Proceedings of the Royal Society A (Q1). Обычный свет можно представить как плоские волны, но закрученные фотоны имеют спиралевидный волновой фронт — словно штопор. Они несут не только энергию и импульс, но и отличный от нуля орбитальный угловой момент — своеобразное вращение вокруг оси распространения. Аналогично, закрученные электроны — это частицы, чьи волновые функции закручены в пространстве, что придает им уникальные квантовые свойства.
Такие электроны перспективны для квантовых вычислений, сверхчувствительной микроскопии и изучения топологических материалов. Однако существующие методы их генерации сложны и требуют специализированных установок. Авторы статьи объяснили, что поверхностный фотоэффект — явление, при котором свет выбивает электроны из кристалла, — может стать простым и эффективным источником закрученных электронов, если использовать закрученные фотоны.
— Мы показали, что при правильных условиях поверхностный фотоэффект может быть надежным источником закрученных электронов, — говорит аспирант физического факультета ТГУ Владислав Рякин. — Это открывает путь к более простым экспериментальным установкам по сравнению с существующими методами.
Ученые ТГУ разработали квантовую теорию поверхностного фотоэффекта для «закрученных» фотонов. Оказалось, что не любой материал подходит для создания источника закрученных электронов. В обычных металлах (например, меди) электроны слишком быстрые (имеют высокий фермиевский импульс), и их орбитальный момент размазывается. Однако в слабо легированных полупроводниках (например, n-InSb) и дираковских полуметаллах при низких температурах (менее 2,5 К для n-InSb и менее 60 К для полуметаллов) угловой момент фотона почти полностью передается фотоэлектрону.
— Интересно, что дираковские полуметаллы, такие как Cd₃As₂ или Na₃Bi, работают при более высоких температурах, чем n-InSb, — добавляет студент физического факультета ТГУ Марк Мокринский. — Возможно, в будущем мы увидим устройства на их основе, генерирующие закрученные электроны при температурах жидкого азота.
Спустя 135 лет после работ Александра Столетова и 120 лет после работы Альберта Эйнштейна фотоэффект продолжает удивлять. Теперь этот, уже классический феномен открывает доступ к современным нанотехнологиям, где закрученные частицы играют ключевую роль.
— Наше исследование предлагает новый способ создания закрученных электронов без сложных установок. Следующий шаг — экспериментальная проверка. Если метод подтвердится, это может привести к прорывам в электронной микроскопии и квантовых технологиях, – резюмирует профессор физического факультета ТГУ Петр Казинский.
Telegram 
Дзен 
VK Исследователи из МИЭМ ВШЭ и ИПКОН РАН разработали новую математическую модель мониторинга, которая позволяет фиксировать источник опасных подземных вибраций в реальном времени. Технология поможет снизить риск повреждения зданий, дорог и другой инфраструктуры рядом с карьерами и шахтами.
Планетологи обнаружили на поверхностях Титана и Плутона схожую полосу поглощения, которая не совпадает со спектрами известных льдов или органических соединений. Этот загадочный «провал» может указывать на то, что на двух очень разных ледяных мирах Солнечной системы существует общий, пока неизвестный науке класс химических веществ, поглощающий свет, который формируется под действием экстремального холода и космической радиации.
На севере Австралии живет паук с весьма необычными охотничьими повадками. Он возводит «конструкцию», которая работает как древнее метательное оружие. Добыча взлетает над землей, а потом запутывается в паучьей сети. Такая тактика охоты, по-видимому, применяется лишь по отношению к конкретному виду муравьев.
Паразитические организмы иногда не учитывают, что сами могут оказаться целью паразита более высокого уровня. Сосредотачивая все свои силы на инфицировании и размножении, они остаются беззащитными перед агрессивным специализированным нахлебником.
Интригующие испытания высотного ракетного двигателя Raptor Vacuum для корабля Starship, верхней ступени сверхракеты Илона Маска, парадоксальны. Его работа на уровне моря уже сама по себе загадка. Ведь, по классическим представлениям, высотные двигатели на уровне моря корректно не работают. А сопло RaptorVAC на наземном стенде извергает реактивную струю без всяких признаков нарушения работы. Как такое может быть?
В нижних и верхних слоях Урана астрономы впервые зарегистрировали угарный газ и циановодород. Новые данные указали на то, что недра планеты могут быть значительно обогащены кислородом. Это открытие поможет разрешить давнюю загадку о том, сформировался ли Уран иначе, чем его ближайший сосед Нептун, или их образование шло по схожему сценарию.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вначале Reuters опубликовал статью о взаимоотношениях SpaceX и Пентагона, которую миллиардер --- традиционно для его отношений с этим изданием — назвал фейком. Опровергая ее тезисы, он обнародовал информацию, не представленную ранее публично.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно