Квантовите закони за движението, приложени към триизмерния уличен пейзаж на определен вид кристал, могат да сложат край на електронния час пик.
В търсене на нови материали, които могат да съдържат причудливи нови състояния на материята, физици от Университета Райс в САЩ провеждат експеримент, който принуждава свободно движещите се електрони да застинат на едно място.
Въпреки че явлението е регистрирано в материали, в които електроните са ограничени само до две измерения, то се наблюдава за първи път в триизмерна кристална метална решетка, известна като пирохлор. Техниката дава на изследователите нов инструмент за изучаване на не толкова обичайните дейности на тези носещи заряд частици.
"Търсим материали, в които има потенциално нови състояния на материята или нови екзотични характеристики, които не са били открити", казва физикът от Университета Райс Минг И.
И градивните елементи на атомите, досущ като светлината, могат да бъдат описвани едновременно и като вълни, и като частици.
Вълноподобното квантово поведение на електроните е от съществено значение за разбирането на начина, по който те координират своята дейност при определени условия. При правилно охлаждане електронните вълни могат да обединят силите си една с друга в актове на заплитане, които им позволяват да се промъкват през твърди тела като призраци, давайки началото на енергийно ефективни материали, наречени свръхпроводници.
Поведението на електроните може да се управлява по други начини. Подреждането на правилните съотношения на елементите води до уникални кръстовища, които изпълняват функцията на своеобразни светофари. Те овладяват хаотичното оживление на пешеходци и автомобилни превозни средства и го превръщат в леко пълзене – нещо, което се описва като геометрична фрустрация.
Пирохлорите са сложни минерали с формулна структура, която ги прави полезни за редица изследователски и промишлени цели. Конструирането на един от тях от смес от мед, ванадий и сяра дава на изследователите геометрично фрустриран метал, който може да насочва електронните вълни в точки на „задушаване“.
"Този ефект на квантова интерференция е аналогичен на вълни, които се носят по повърхността на езеро и се срещат челно", казва И.
"Сблъсъкът създава стояща вълна, която не се движи. В случая на геометрично фрустрираните решетъчни материали именно електронните вълнови функции са тези, които деструктивно интерферират."
Техника, наречена фотоемисионна спектроскопия с отчитане на ъгъла, позволява на екипа да измери енергията и импулса на електроните в 3D решетката, демонстрирайки, че едното не зависи от другото, както обикновено.
В това необичайно пространство, известно като плоска лента, взаимодействията между бездействащите електрони се управляват от различен набор от правила, които на теория биха могли да дадат на физиците нов начин за разбиране на електромагнитните явления като свръхпроводимостта.
Макар че подобни локализирани електрони са наблюдавани в двумерни материали, известни като решетки на Кагом, появата на плоска лента от интерфериращи вълни, които си проправят път през тримерна решетка, представлява доказателство за концепция, която може да доведе до цял нов клас материали.
Можем да използваме потенциално и други материали, различни от пирохлор, казва физикът от Университета Райс Кимяо Си.
"Това е нов принцип на проектиране, който позволява на теоретиците да идентифицират прогнозно материали, в които плоските ленти възникват поради силни електронни корелации."
Това изследване е публикувано в Nature Physics.
Източник: Science Alert
