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 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?
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.
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.
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
Последние комментарии