4 boyutta hareket eden 'ışık hızında' elektronlar ilk kez keşfedildi: ScienceAlert

Elektronların anlaşılması zor davranışı nihayet gerçek dünyadaki bir materyaldeki sıradan elektron aktivitesinden izole edildi.

Ehime Üniversitesi'nden Ryohei Oka liderliğindeki bir fizikçi ekibi, dietilenedityo-tetrathiavulvalin adı verilen süper iletken bir polimerde Dirac elektronları olarak bilinenleri ölçtü. Bunlar, kendilerini kütlesiz hale getiren, foton gibi davranmalarına ve ışık hızında salınmalarına olanak tanıyan koşullar altında var olan elektronlardır.

Araştırmacılar, bu keşfin, içeride elektronik yalıtkan ve dışarıda iletken görevi gören kuantum malzemeler olan topolojik malzemelerin daha iyi anlaşılmasına olanak sağlayacağını söylüyor.

Süper iletkenler, yarı iletkenler ve topolojik malzemeler, özellikle kuantum bilgisayarlardaki potansiyel uygulamaları açısından giderek daha önemli hale geliyor. Ancak bu malzemeler ve davranışları hakkında hâlâ bilmediğimiz çok şey var.

Dirac elektronları, kuantum davranışlarını anlamak için bir doz özel görelilik gerektiren olağandışı koşullar altındaki ortak antik elektronları ifade eder. Burada atomların girişimi, elektronların bir kısmını garip bir alana yerleştirir ve bu onların malzemelerin etrafında mükemmel enerji verimliliğiyle sıçramalarına olanak tanır.

Yaklaşık bir yüzyıl önce teorik fizikçi Paul Dirac'ın denklemlerinden formüle edilmişlerdi ve artık onların var olduğunu biliyoruz, öyleydiler. Grafende tespit edildiYanına Diğer topolojik malzemeler.

Ancak Dirac elektronlarının potansiyelinden yararlanmak için onları daha iyi anlamamız gerekiyor ve fizikçiler de tam bu noktada bir engelle karşılaşıyor. Dirac elektronları standart elektronlarla bir arada bulunur; bu da tek bir türün kesin olarak tespit edilmesinin ve ölçülmesinin son derece zor olduğu anlamına gelir.

Oka ve meslektaşları, elektron spin rezonansı adı verilen bir özellikten yararlanarak bunu yapmanın bir yolunu buldular. Elektronlar dönen yüklü parçacıklardır; Bu periyodik ücret dağılımı, her birinin bir sergilediği anlamına gelir. Manyetik dipol. Bu nedenle, bir malzemeye manyetik alan uygulandığında, içindeki eşleşmemiş elektronların spini ile etkileşime girerek spin durumlarını değiştirebilir.

Bu teknoloji fizikçilerin tespit etmesine ve izlemesine olanak sağlayabilir Eşlenmemiş elektronlar. Oka ve diğer araştırmacıların bulduğu gibi, Dirac elektronlarının di(etilenditiyo)-tetravalin içindeki davranışını doğrudan gözlemlemek için de kullanılabilir; bu da onları farklı spin sistemleri olan standart elektronlardan ayırır.

Ekip, Dirac elektronunun tam olarak anlaşılabilmesi için dört boyutta tanımlanması gerektiğini buldu. Üç standart uzamsal boyut vardır: x, y ve z eksenleri; Bir de dördüncü boyutu oluşturan elektronun enerji düzeyi vardır.

“3 boyutlu alan yapıları 4 boyutlu alanda görüntülenemediği için” Araştırmacılar makalelerinde açıklıyor“, “Burada önerilen analiz yöntemi, bant yapıları hakkında başka türlü elde edilemeyecek önemli ve anlaşılması kolay bilgilerin sağlanması için genel bir yol sağlar.”

Dirac elektronunu bu boyutlara göre analiz eden araştırmacılar, daha önce bilmediğimiz bir şeyi keşfetmeyi başardılar. Hareket hızları sabit değildir; Daha ziyade sıcaklığa ve malzemenin içindeki manyetik alanın açısına bağlıdır.

Bu, Dirac elektronlarının davranışını anlamamıza yardımcı olacak ve gelecekteki teknolojide özelliklerinden yararlanmaya yardımcı olabilecek yapbozun başka bir parçasına sahip olduğumuz anlamına geliyor.

Ekibin araştırması şu tarihte yayınlandı: Malzeme sağlayın.