Впервые удалось объяснить эффект «квантовой пуповины», при котором одному импульсу электрона могут соответствовать несколько энергий. Эффект «квантовой пуповины» обогащает наше понимание физики твердого тела и зонной теории.
В соответствии с квантовой теорией, электроны в атомах могут находиться только на строго определенных уровнях энергии, между которыми есть запрещённые зоны. В твёрдых телах, состоящих из большого числа атомов, картина усложняется: электроны образуют разрешённые и запрещенные энергетические зоны.
В металлах, где электроны могут свободно перемещатьсяРазрешенные и запрещенные зоны перекрываются. В изоляторах же наоборот: большие запрещенные зоны препятствуют движению электронов, и материал не проводит электричество.
Важны как энергия, так и скорость электронов: электрон может обладать различными значениями импульса. Значит, его энергия тоже меняется, но только в определенном диапазоне. Для перехода из одного разрешенного диапазона энергии в другой электрону необходима дополнительная энергия из внешних источников.
Распределение энергетических зон определяется материалом и силой взаимодействия электронов. Силу взаимодействия можно регулировать, меняя состав материала легированием — введением примесей из атомов иной природы.
Исследователи из Венского технического университета (TU WienУчёные обнаружили общее явление, касающееся переходов между квантовыми состояниями в твердых телах.
При изменении силы взаимодействия между электронами одна разрешённая зона энергий может… разделиться на две.
В процессе разделения эти две зоны остаются соединенными квантовой «пуповиной». Электрон чаще всего выбирает одну из зон, но существует особенная величина импульса электрона, где возможен широкий диапазон значений энергии, связывающий обе зоны.
Эффект «квантовой пуповины» наблюдался ранее, но причины его оставались непонятными. Теперь учёным удалось… доказатьЯвление закономерно и определяются условия его возникновения. Открытие физиков вводит новую категорию состояний в твердых телах, расположенных между проводниками и изоляторами. опубликована в журнале Nature Communications.
Наше исследование выявило, что «пуповина» формируется естественно при разграничении энергетических зон. Это даёт новую перспективу на характеристики материалов, что может быть использовано для разработки инновационных технологий, – подчеркнул профессор физики Карстен Хельд. Karsten Held).