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 Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
Десятого мая 1940 года вермахт пришел в движение. Через 42 суток англо-французские армии были разгромлены, а Франция капитулировала. Как это произошло, ведь союзники имели больше солдат, танков и пушек, чем немцы? В СССР причиной посчитали нежелание французов воевать, немцы же, говорили советские военные, не внесли в стратегию ничего нового. Реальность была строго обратной: разгром Франции был новым словом в войне, и такой же сценарий Гитлер применил против СССР через год. Что именно произошло и отчего советское руководство не смогло осознать случившееся?
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Метеорный поток Эта-Аквариды достигнет своего максимума в ночь с 5 на 6 мая. Его частицы — осколки самой знаменитой кометы в истории, которая появляется над Землей раз в 76 лет. Ученый Пермского Политеха рассказал, как этот звездопад связан с кометой Галлея, почему у него есть «брат-близнец» и где лучше всего за ним наблюдать.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
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