Lumea cuantică este foarte departe de piața internă, pe această bază legile sale de multe ori par să ne neobișnuit și contraintuitiv. Dar vestea serioasă a fizicii cuantice vin aproape în fiecare zi, astfel încât acestea să aibă legătură cu ideea potrivit la momentul necesar - în caz contrar, munca de fizicieni in ochii interne transformate de la știință la magie și aglomerat cu mituri. Am vorbit deja despre calculatoare cuantice, non-localitatea, coerența și teleportarea cuantică.
Acum, recursul va merge la un alt obiect neobișnuit - quasiparticule.
Quasiparticule, de fapt, destul de mult. Pe această bază, pentru prima reuniune am decis acest lucru: așa că a fost ușor de înțeles subiect, am întrebat managerul Dr. Southampton de Științe și Universitatea din grupul de cercetare „Quantum polyaritonika“ rus Quantum Centrul Alexei Kavokin ne spun pe scurt despre cele șapte cele mai amuzante, în opinia sa, cvasiparticulelor. Povestea lui Alexey a fost însoțită de ilustrații extrem de utile și informative, dintre care cele mai curajoase sunt pisicile.
Cum diferă cvasi-particulele de particule? Faptul că ei stau într-o cușcă și nu pot ieși. Cvasiparticula a fost inventată de Lev Landau, pentru a simplifica descrierea proceselor fizice cu mai multe corpuri care apar în cristale.
In schimb, in scopul de a rezolva miliardele de ecuații care descrie mișcarea electronilor și atomilor în rețeaua cristalină, sa constatat suficient pentru a înregistra întreaga pereche de ecuații pentru particulele inventate - cvasiparticulelor - Ce se deplasează prin cristal ca spațiu solitar, nu observe atomii individuali sau ioni. Având libertate deplină în cristal, quasiparticulele nu pot ieși afară. Cei ce îndrăznesc să privească dincolo de rețeaua cristalină va trebui să se schimbe rapid propriile lor proprietăți și se transformă în particule obișnuite - electroni, ioni, fotoni.
Care este diferența dintre o cvasi-particulă electronică și o particulă electron-elementară? Diferența în masă. Răspândirea în rețeaua de cristal, electronul este mai ușor. Pentru ao pune mai strictă: cvasi-particulă electronică este descrisă de o masă eficientă, care depinde de parametrii laturii cristalului.
In unele cristale semiconductoare masa efectivă de electroni nu este neobișnuit la 10 și în plus de 20 de ori mai mică decât masa unui electron liber. Mai mult, în grafen - cristal bidimensional este format din atomi de carbon aranjate într-o formă de fagure - unele dintre electroni cvasiparticulelor are în mare măsură fără masă. Toți acești electroni zboară cu o viteză monotonă.
Găurile sunt ca niște bule de aer în apă. În locul apei din cristal, electronii. Locurile nelocuite unde nu există electroni sunt găuri.
La fel ca bulele de gaz, plutesc în sus, la suprafața mării electronice, care în cristal se numește suprafața Fermi. Masa găurii este negativă - doar de aici plutește și nu se scufunda. Gaura are o sarcină egală cu sarcina electronului, dar are simbolul opus. Vă întrebați: cum poate un loc pustiu să aibă o taxă?
Imaginați-vă că întregul volum este umplut cu apă încărcată negativ. Ce trebuie făcut, astfel încât într-o mică sumă alocată, taxa să devină zero? Răspuns: trebuie să adăugați cât mai multe taxe bune, deoarece au existat taxe negative.
O sarcină bună a găurii compensă încărcarea negativă a lichidului de electroni.
Excitonul este similar cu un atom de hidrogen. Într-un atom de hidrogen, un electron încărcat negativ (particulă elementară) se rotește în jurul unui proton încărcat pozitiv. Într-un exciton, un electron încărcat negativ (cvasi-particulă) se rotește în jurul unei gauri încărcate pozitiv. Conceptul de exciton a fost dezvoltat în anii 1920 de către omul de știință comunist Yakov Frenkel.
Cel de-al doilea om de știință intern, Eugene Gross, a găsit experimental excitonii în 1952. Datorită faptului că orificiul și electronul în cristal este considerabil mai ușor proton și electron într-un atom de hidrogen, iar cooperarea dintre cvasiparticulelor slăbite mediu cristalin, excitoni mari obținute: mărimea caracteristică a excitonilor poate fi de multe ori mai mare dimensiunea unui atom. Pe lângă aceasta, spre deosebire de atomul de hidrogen, excitonul nu este etern.
Timpul său de sorginte în majoritatea cazurilor nu depășește o miliardime de secundă. La sfârșitul acestei perioade, bulele de aer sunt umplute cu apă: o gaură și un electron se recombină. Dispărute, excitonul își transferă propria energie în rețeaua cristalină sau emite un foton de lumină.
Prin detectarea luminii emise de excitoni, obținem date despre proprietățile și structura lor.
Un foton este un cuantum de lumină. Trecând printr-o rețea de cristal, fotonii își schimbă propriile proprietăți. În cazul în care în gol toți fotonii zboară cu o viteză monotonă - viteza luminii - atunci în cristal multe dintre ele încetinesc și, în plus, se opresc. Acest fenomen se numește "lumină lentă". Interacționând cu excitonii, lumina începe să se comporte ca un lichid: formează picături, vârtejuri, valuri în picioare, cascade. Lumina poate fi dirijată prin canale, își schimbă traiectoria, viteza, polarizarea.
Unii teoreticieni sunt, de asemenea, siguri că lumina poate fi înghețată. Fotonii care se propagă într-un cristal sunt cvasi-particule. Caracteristicile lor sunt diferite de caracteristicile fraților lor care zboară în vid.
De exemplu, într-un vid, un foton nu are masa, iar în cristal se pare masa.
Fononii sunt canale de vibrație ale zăbrelelor de cristal. Conceptul fonon a fost creat de fizicianul sovietic Igor Tamm. Fononele apar datorită faptului că ionii care formează zăbrelele cristalului nu stau în picioare, ci oscilează în apropierea propriilor poziții de echilibru. Astfel de fluctuații sunt adăugate la valuri. În limba quasiparticulelor, propagarea vibrațiilor din zăbrele este echivalentă cu fluxul de fonon.
Fononii poartă sunet, contribuie foarte mult la conductivitatea termică, sunt responsabili pentru formarea a două cvasi-particule - perechi Cooper.
La temperaturi scăzute, în unele metale se observă superconductivitatea - propagarea unui curent electric fără rezistență. Realizați modul în care apare acest fenomen fascinant, probabil pe exemplul a două aeronave, un amic de zbor în al doilea într-un cerc. Planurile sunt electroni. În metal, în majoritatea cazurilor, sunt purtate la viteze mari (viteza Fermi).
Flying printr-o rețea de cristal, un electron emite o quasiparticolă lentă fonon, un parașutist. După un timp, al doilea avion ridică un parașutist și îl aruncă din nou. Două electroni schimbă fononi, rămânând un prieten de la distanță de la un prieten.
Mecanismul de atragere a fononului se dovedește a fi mai eficient decât repulsia quasiparticulelor având o încărcătură uniformă. Perechi organizate de electroni - perechi Cooper - au o proprietate neobișnuită: adoră mișcarea cu viteză monotonă. Acest lucru conduce la supraconductivitate.
Imaginați-vă o mulțime de mașini pe autostradă. În cazul în care toate au mers cu aceeași viteză, nu s-ar întâmpla niciun fel de blocaje. Deci, fluxul de perechi Cooper se răspândește fără rezistență.
Electronii dintr-un cristal se comportă aproximativ la fel ca apa într-un lac. Sub influența vântului se formează valuri pe suprafața lacului, care apoi rotește un țărm al lacului, apoi celălalt. Vântul este lumină. Valurile de pe suprafața unui lichid de electroni sunt plasmone. Cristalul, ca întreg, este neutru din punct de vedere electric. Deplasarea unui lichid electronic (plasmă) încărcat negativ dintr-o latură cristalină încărcată destul de pozitiv duce la oscilații ale polarizării electrice.
Aceste oscilații pot fi induse de lumina frecvenței corespunzătoare. Cooperarea luminii cu o plasmă electronică permite transmiterea de date. Această cooperare este folosită în microscoape de înaltă precizie.
În plus, grație plasmonilor, este posibilă schimbarea culorii obiectelor. Sticla colorată din vitralii medievale este un exemplu.
# 81 | ABC | Alphabet | Animale | Plastilină | Pingi și Kroki
Postări interesante
Articole populare de pe site:
Crearea de noi materiale cu caracteristici speciale este o sarcină extrem de importantă, dar foarte dificilă de chimie și fizică. Înapoi în 1982, laureatul Nobel ...
Fizicienii de la Tehnologii și Institutul Național de Standarde au reușit să forțeze mii de atomi deținute în fasciculul laser să facă schimb de la un moment dat ...
Angajații Universității din Bristol (Anglia) au declarat că au deschis o nouă pagină în istoria computerelor cuantice optice [1]. Pentru prima dată ...
Cercetătorii de la Universitatea din Illinois (Universitatea din Illinois) au propus conceptul de așa-numite baterii cuantice digitale, care ar trebui să dețină ...
Fizicienii de la Universitatea din Rochester, Tehnologie și Institutul Național de Standarde și Institutul de Tehnologie din Massachusetts pentru prima dată ...
Articole similare
-
Învățați să vă scăldați un nou-născut, doar cele mai bune recenzii ale Internetului
-
Ran a recunoscut homeopatia drept o pseudoscience, doar cele mai bune recenzii ale Internetului
Trimiteți-le prietenilor: