Физики подтвердили существование квазичастиц, предсказанных 16 лет назад
Квантовые взаимодействия электронов внутри материалов могут привести к возникновению необычных феноменов. Например, 16 лет назад физики предсказали существование так называемых полудираковских фермионов — квазичастиц, изменяющих свою массу в зависимости от направления движения. Однако обнаружить их в слоистом материале удалось только сейчас, причем случайно. Это может привести к созданию новых материалов с уникальными оптическими свойствами.
Существование экзотических квазичастиц в квантовых материалах не новость для ученых. Например, ранее обнаруженные в графене (одноатомном слое углерода) дираковские фермионы — квазичастицы (или, в теоретической физике, решения уравнения Дирака), которые ведут себя подобно безмассовым или почти безмассовым частицам, движущимся со скоростями, близкими к скорости света, стали отправной точкой для поиска других необычных состояний материи.
В частности, в 2008-2009 годах физики предположили, что в особых условиях смогут наблюдать полудираковские фермионы, которые при движении в одном направлении будут вести себя как безмассовые частицы, а в перпендикулярном — набирать массу. Обнаружить их на практике было сложно и до сих пор никому не удавалось.
Теперь авторы нового исследования, представленного в журнале Physical Review X, зафиксировали их в топологическом полуметалле цирконий-силицид-сульфиде (ZrSiS). Изначально физики из Пенсильванского и Колумбийского университетов (оба — в США) изучали оптические свойства материала, однако данные оказались настолько странными, что потребовалась новая интерпретация.
«Это было совершенно неожиданно. Мы не искали полудираковские фермионы и случайно наткнулись на первое экспериментальное свидетельство существования этих необычных квазичастиц», — рассказал ведущий автор исследования Иньмин Шао (Yinming Shao).
Чтобы получить детальную картину квантовых состояний внутри ZrSiS (его, подобно графену, можно разделить на тончайшие слои), команда под руководством Шао применила метод магнитно-оптической спектроскопии: образец охладили до температуры чуть выше абсолютного нуля и поместили в мощное магнитное поле (примерно в 900 тысяч раз сильнее земного). Затем на образец направили инфракрасный свет.
Оказалось, при наложении магнитного поля энергетические уровни электронов квантуются в так называемые уровни Ландау (энергетические уровни заряженных частиц в магнитном поле) — это характерный признак полудираковских фермионов (то есть особая зависимость переходов между уровнями Ландау от магнитного поля по закону B^(2/3)).
Дело в том, что внутри ZrSiS формируются так называемые нодальные линии — замысловатые цепочки пересечений энергетических уровней в пространстве импульсов. Когда две такие линии пересекаются, возникают особые точки с уникальной энергетической структурой (дираковские точки), превращая локальные электронные состояния в полудираковские фермионы: вдоль одной координаты их энергетический спектр линейный (безмассовый), а вдоль другой — квадратичный (массивный).
Подобно тому, как графен обещает произвести революцию в электронике, это открытие может привести к созданию новых квантовых устройств. Авторы научной работы отметили, что их результаты — первый шаг к пониманию того, как именно эти квазичастицы взаимодействуют друг с другом. Дальнейшие исследования помогут понять, как использовать полудираковские фермионы для создания принципиально новых электронных компонентов.
Telegram 
Дзен 
VK Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Нуклеосомы — основные «катушки» упаковки ДНК — почти всегда находятся в искаженном состоянии, а не в аккуратной и стабильной форме, как считалось десятилетиями. Именно через такие микроскопические изменения, как выяснили ученые, клетка регулирует работу генов — а значит, управляет развитием, реакцией на внешние раздражители и даже возникновением болезней.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
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.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
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
Последние комментарии