Физики нашли квантовую «пуповину» между металлами и изоляторами
Ученым удалось объяснить эффект «квантовой пуповины» — явления, при котором одному импульсу электрона могут соответствовать несколько энергий. Эффект «квантовой пуповины» расширяет и дополняет наше понимание физики твердого тела и зонной теории.
Согласно квантовой теории, электроны в атомах могут занимать только строго определенные уровни энергии, между которыми существуют запрещенные зоны. В твердых телах, состоящих из множества атомов, ситуация становится сложнее: электроны формируют разрешенные и запрещенные энергетические зоны.
В металлах, где электроны могут свободно перемещаться, разрешенная и запрещенные зоны перекрывают друг друга. В изоляторах, наоборот, широкие запрещенные зоны блокируют движение электронов, а материал не может проводить электричество.
Важны как энергия, так и импульс (или скорость) электронов: электрон может принимать различные значения импульса. Значит, его энергия тоже меняется, но только в определенном диапазоне. Чтобы перейти из одного разрешенного диапазона энергии в другой, электрону нужна дополнительная энергия из внешних источников.
Как именно распределяются эти энергетические зоны, зависит от материала и силы взаимодействия между электронами. Эту силу можно контролировать, изменяя состав материала легированием — введением примесей атомов другого типа.
Исследователи из Венского технического университета (TU Wien) обнаружили универсальное явление, связанное с переходами между квантовыми состояниями в твердых телах. Выяснилось, что при изменении силы взаимодействия между электронами одна разрешенная зона энергии может разделиться на две.
Однако в процессе разделения эти две зоны остаются связаны своеобразной квантовой «пуповиной». В большинстве случаев электрон должен выбрать одну из зон, но существует одна особая точка величины импульса электрона, где возможен широкий диапазон значений энергии, соединяющий обе зоны.
Эффект «квантовой пуповины» наблюдали ранее, но его причины оставались неясными. Теперь ученым удалось доказать, что это явление закономерно и можно определить условия, при которых пуповина возникает. Открытие физиков вводит новую категорию состояний в твердых телах, находящихся между проводниками и изоляторами. Научная работа опубликована в журнале Nature Communications.
«Наши результаты показали, что „пуповина“ должна возникать естественным образом при разделении энергетических зон. Это открывает новый взгляд на свойства материалов, которые могут быть полезны для создания новых технологий», — отметил профессор физики Карстен Хельд (Karsten Held).
Telegram 
Дзен 
VK Новая находка доказывает, что эволюция изобрела как минимум два независимых способа бороться с вирусами. Это открытие кардинально меняет представления о развитии иммунитета и расширяет горизонты для поиска новых лекарств.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Китайские и британские палеонтологи обнаружили древнейший эволюционный прообраз челюстей современных пауков и скорпионов. Просканировав окаменелость животного Urokodia aequalis возрастом 518 миллионов лет, ученые выявили самую раннюю известную науке переходную форму хелицер. Трехмерная модель впервые наглядно показала, как именно возникло главное оружие паукообразных: несколько суставов длинных хватательных конечностей, характерных для кембрийских хищников, срослись воедино и образовали новый ротовой аппарат.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Новая находка доказывает, что эволюция изобрела как минимум два независимых способа бороться с вирусами. Это открытие кардинально меняет представления о развитии иммунитета и расширяет горизонты для поиска новых лекарств.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
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.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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