Неуловимый экситоний найден
Неуловимый экситоний, существование которого не удавалось экспериментально доказать почти полвека, наконец показал себя исследователям. Об этом сообщается в статье, которую научная группа во главе с Питером Аббамонте (Peter Abbamonte) опубликовала в журнале Science.
Напомним об этом в двух словах. Движение электронов в полупроводнике удобно описывать, используя понятие дырки – места, в котором не хватает электрона. Дырка, разумеется, не является частицей, такой как электрон или протон. Тем не менее она во многих отношениях ведёт себя подобно частице. Например, можно описать её движение и посчитать, что она несёт положительный электрический заряд. Поэтому такие объекты, как дырка, физики называют квазичастицами.
Есть в квантовой механике и другие квазичастицы. Например, куперовская пара: дуэт электронов, движущийся как единое целое. Есть и квазичастица экситон, представляющая собой пару из электрона и дырки. Экситоны были теоретически предсказаны в 1930-х годах. Много позже они были обнаружены экспериментально. Однако никогда ещё не наблюдалось состояние вещества, известное как экситоний. Поясним, о чём идёт речь. Как настоящие частицы, так и квазичастицы делятся на два больших класса: фермионы и бозоны. К первым относятся, например, протоны, электроны и нейтроны, ко вторым – фотоны.
Фермионы подчиняются физическому закону, известному как принцип запрета Паули: два фермиона в одной квантовой системе (например, два электрона в атоме) не могут находиться в одном и том же состоянии. К слову, именно благодаря этому закону электроны в атоме занимают разные орбитали, а не собираются всей толпой на самом "удобном" нижнем энергетическом уровне. Так что именно из-за принципа Паули химические свойства элементов таблицы Менделеева являются такими, какими мы их знаем.
На бозоны запрет Паули не распространяется. Поэтому, если удаётся создать единую квантовую систему из многих бозонов (как правило, для этого необходима чрезвычайно низкая температура), то они всей компанией радостно скапливаются в состоянии с наименьшей энергией.
Такая система иногда называется конденсатом Бозе. Её частным случаем является знаменитый конденсат Бозе-Эйнштейна, где в роли бозонов выступают целые атомы (мы писали и об этом замечательном явлении). За его экспериментальное открытие была вручена Нобелевская премия по физике 2001 года.
Уже упоминавшаяся выше квазичастица из двух электронов (куперовская пара) – не фермион, а бозон. Массовое образование таких пар приводит к такому замечательному явлению, как сверхпроводимость. Объединению фермионов в квазичастицу-бозон обязана своим появлением и сверхтекучесть в гелии-3 .
Физики давно мечтали получить в трёхмерном кристалле (а не в тонкой плёнке) такой конденсат Бозе, когда электроны массово объединяются с дырками в экситоны. Ведь экситоны – это тоже бозоны. Именно такое состояние вещества и называется экситонием.
Оно чрезвычайно интересно учёным, как и любое состояние, в котором макроскопические объёмы материи демонстрируют экзотические свойства, которые можно объяснить только с помощью квантовой механики. Однако получить это состояние экспериментально до сих пор не удавалось. Вернее, не удавалось доказать, что оно получено.
Дело в том, что по тем параметрам, которые поддавались исследованию с помощью существующих методик (например, строению сверхрешётки) , экситоний неотличим от другого состояния вещества, известного как фаза Пайерлса (Peierls phase). Поэтому учёные не могли сказать с уверенностью, какое из двух состояний им удалось получить.
Эту проблему и решила группа Аббамонте. Исследователи усовершенствовали экспериментальную технику, известную как спектроскопия характеристических потерь энергии электронами (по-английски electron energy-loss spectroscopy или EELS).
В ходе такого рода исследования физики бомбардируют вещество электронами, энергия которых лежит в заранее известном узком диапазоне. После взаимодействия с образцом электрон теряет часть энергии. Измерив, сколько энергии потеряли определённые электроны, физики и делают выводы об исследуемом веществе.
Авторы сумели добавить этой технике информативности. Они нашли способ измерять не только изменение энергии электрона, но и изменение его импульса. Новый метод они назвали M-EELS (английское слово momentum переводится как "импульс").
Своё новшество учёные решили опробовать на кристаллах дихлоргидрата дихалкогенида титана (1T-TiSe2). К своему удивлению, при температуре, близкой к минус 83 градусам Цельсия, они обнаружили явные признаки состояния, предшествующего образованию экситония – так называемой фазы мягких плазмонов. Результаты были воспроизведены на пяти разных кристаллах.
"Этот результат имеет космическое значение, – приводит пресс-релиз слова Аббамонте. – С тех пор как термин "экситоний" был введён в 1960-х годах физиком-теоретиком из Гарварда Бертом Хальперином (Bert Halperin), физики пытались продемонстрировать его существование. Теоретики обсуждали, будет ли он изолятором, идеальным проводником или сверхтекучим веществом – с некоторыми убедительными аргументами со всех сторон. С 1970-х годов многие экспериментаторы опубликовали доказательства существования экситония, но их результаты не были окончательным доказательством и в равной степени объяснялись традиционным структурным фазовым переходом".
О применениях экситония в технике пока говорить рано, но разработанный учёными метод позволит исследовать и другие вещества для поиска этого экзотического состояния и изучения его свойств. В дальнейшем это может привести к значимым техническим прорывам. Достаточно вспомнить, например, что именно открытие сверхпроводимости дало инженерам возможность создать сверхсильные магниты. А они подарили миру и Большой адронный коллайдер, и сверхскоростные поезда. А ещё квантовые эффекты используются для создания квантовых компьютеров. Да и самые обычные компьютеры были бы невозможны, если бы квантовая механика не объяснила поведение электронов в полупроводнике. Так что сделанное командой Аббамонте фундаментальное открытие может принести самые неожиданные технологические плоды.
Источник
Последние аномальные новости

Аорту признали самостоятельным органом

В нашей Вселенной нет темной материи

В Томске встретили черного снегиря

Вулканизма на дне океана Европы нет

Вулканы Марса

Гелий-3 собрались добывать на Луне

ИИ открыл 30 000 спиральных галактик

Как в Бразилии появился свой Розуэлл

Мужчина прожил 39 лет и 100 дней с пересаженным сердцем

Научный сотрудник усомнился в прогнозе коллеги

Новый метод поиска светлой темной материи

Сейсмолог-любитель предрекает мегаземлетрясение

Секреты того, как рождаются планеты

Теплый Юпитер обнаружен у далекой звезды

Удивительные открытия о селевых потоках на Марсе

Фотоноподобные электроны в четырехмерном мире

Цыганский пророк предрек пугающие события

Частицы с одинаковым зарядом притянулись друг к другу

Что климат Арракиса может рассказать нам об экзопланетах

Шарики на морском дне порождены астероидом

Бюджет космических сил США превышает бюджет НАСА

В школе на юге Индии начал работу первый робот-учитель

Воспроизвели ключевой процесс эволюции жизни

Вслед за теленком-клоном могут появиться копии собак

Гигантский вулкан обнаружен на Марсе

Голубая спираль появилась посреди северного сияния

Древний лед может существовать на космических объектах

ИИ помогает определить происхождение тяжелых элементов

Испытывают ли астронавты космические головные боли

Набор зеркал для фокусировки сверхмощных лазеров

Найден способ определять опасные предметы в толпе

НЛО упал в неба в Йорке

Новый минерал открыли в Карелии

Объяснение нитки жемчуга вокруг сверхновой

Пентагон нарушил свое молчание по поводу НЛО

Пентагон публикует новые данные об НЛО

Попробовали бы вы пирог с питоном

Правительство использует дипфейки

Пролетая сквозь шлейфы Энцелада

Редкое явление переноса озона из стратосферы к Земле

Система ИИ для ускорения верификации информации

Скайнет в реальной жизни

Тайна татуировок ледяного человека Эци

Терминаторов обвинят в гибели гражданского населения

Топливозаправщик для спутников с ионными двигателями

Уникальный материал для создания лазеров

Уфологи собрались в Олдхэме

Шеф-повар приготовит еду на орбите

Этанол и другие ингредиенты для молодых миров

Я был похищен инопланетянами в 90-х годах

Белый дом рекомендовал отказаться от C и C++

Более точное понимание темной энергии

В NVIDIA появился отдел исследования сильного ИИ

ВВС США зафиксировали НЛО в Северной Дакоте

Вояджер-1 продолжает слать на Землю бессмысленные сигналы

Все ведущие ИИ нарушают авторские права

Запад США - страна НЛО

ИИ Microsoft Copilot возомнил себя властелином мира

ИИ не угрожает рабочим местам из-за высокой стоимости

ИИ стал для Apple самым серьёзным вызовом

Исследователь выходит за рамки уфо-событий 1966 года

Камера темной энергии запечатлела остатки массивной звезды

Кладбище пришельцев. Шокирующая правдивая история

Максимальная масса невращающейся нейтронной звезды

Молодая Вселенная быстро росла

Новая теория, объясняющая рябь на песках Марса

Определен лучший регион для обнаружения НЛО

Отчет Пентагона об НЛО требует вмешательства Конгресса

Палата представителей должна создать подкомитет по НЛО

Последние сообщения о наблюдениях НЛО в Мэриленде

Рельсотронная катапульта для запуска космопланов

Робот-гуманоид Unitree Robotics H1 установил рекорд скорости

Следующая пандемия уже наступила для дикой природы

Сложная химия в холодных глубинах космоса

Суд обязал NSO поделиться кодом шпионского ПО Pegasus

Телескоп LIFE обнаружил биосигналы на Земле

Телескоп Кондор открывает новый мир для астрофизиков

Трудный путь поисков жизни на Марсе

Хакеры могут взломать мозговой чип Neuralink

Этанол и другие ингредиенты жизни нашли в туманности

Аэрокосмические исследования Аэрофлота

Барханы и линейные дюны Марса

В Аризоне высокий уровень наблюдений НЛО

В документе ЦРУ говорится о быстрых летающих тарелках

В Перуанских Андах обнаружен древний мегалит

Интернет стал расскадником теорий заговора

Как долго инопланетяне будут пытаться связаться с нами

Как космонавт Георгий Гречко НЛО искал

Как раскрывать преступления в космосе

Космонавт оценил перспективу встречи с НЛО

Метеобюро Шотландии объясняет НЛО-облака

Метеорит пролил свет на взрыв из далекого прошлого

Милиционер, державший в холодильнике Алешеньку

На Приморье впервые обрушился огненный смерч

Наблюдения НЛО в районе Ярдли

Ожидаются гигантская комета и экокатастрофы

Разрабатывают искусственные строительные блоки жизни

Расширение Вселенной - загадка остается нерешенной

Секретной работы над инопланетными технологиями нет

Спутник Юпитера Европа производит мало кислорода

Стенограмма закрытого брифинга директора AARO

Титан является испытательным полигоном для метана

Устранение рисков, связанных с ИИ в научных исследованиях

Феномен огней Финикса все еще не разгадан

Череда странных происшествий в Мичигане

Что ждет Россию в високосном году

Что предсказывал Нострадамус России на 2024 год

Экзопланета обречена врезаться в свою звезду

Эксперты обвиняют правительство в искажении правды

Ясновидящая почистила клиентку на 67 млн рублей

Загадка богатой азотом галактики

ИИ доверили сеть железных дорог Китая

Искусственный интеллект назначает встречу в космосе

Как голландская деревня стала одержима НЛО

Как лучше всего упаковать вещи для полета в космос

Наблюдения НЛО в Западном Мичигане

Наблюдения НЛО над штатом Нью-Джерси

Никаких свидетельств сокрытия НЛО не обнаружено

Новое образование на кипящей поверхности Бетельгейзе

Облако НЛО привлекло внимание жителей Окленда

Огни Феникса стали легендой Аризоны

Пентагон одной рукой дает, а другой забирает

Разгадываем тайну оклахомского НЛО

Сеть небольших луноходов готова к запуску

Сокрытие фактов об НЛО рассмотрено в отчете Пентагона

Струя газа в атмосфере Юпитера колеблется раз в 4 года

США предлагает объяснение наблюдений НЛО

Таинственный монолит заметили на уэльском холме

Уфо-лоббист из Вашингтона опровергает отчет Пентагона

Человеческая моча стимулирует рост фасоли на Марсе

2024 год зеленого деревянного дракона, что нам несет

Реставрация зубов. Особенности и этапы

Звезда, разорванная на части черной дырой

ИИ для обнаружения скрытого космического мусора

ИИ, отслеживающий эмоции работников

Крупнейшая в мире конференция на тему НЛО

Лазерное оружие DragonFire показали в действии

Министерство обороны разрабатывает систему Гремлин

Новая порция данных об НЛО

Обнаружили старейшую мертвую галактику

Отчет Пентагона об НЛО вызывает много вопросов

Пентагон не скрывает технологии НЛО

Пентагон раскрыл новую систему наблюдения Гремлин

План Пентагона по реинжинирингу технологий НЛО

Последние наблюдения НЛО в Массачусетсе

Правительство США прячет тела инопланетян

Правительство США хотело реконструировать НЛО

Прокурор города Рок-Спрингс снял НЛО

Таинственные различия между живыми клетками

Телепортирующийся НЛО с оранжевыми огнями

Турист нашел таинственный серебряный монолит

Чем на самом деле является большинство НЛО

Британские охотники за НЛО вызвали инопланетный корабль

Гавайи - горячая точка для наблюдений НЛО

Где в нашей Солнечной системе может скрываться жизнь

Датчики Гремлин помогут выявлять аномалии на орбите

Доказательств существования инопланетян нет

Заявления о наблюдениях НЛО опровергнуты

Интригующие заявления Пентагона об НЛО

Китай клонирует пару тибетских коз

Китай установит на Луне всевидящую систему наблюдения

Майли Сайрус вступала в контакт с инопланетянином

Наблюдения НЛО были ошибочной идентификацией

Надежды найти жизнь на Европе рухнули

Нет никаких свидетельств инопланетных технологий

Нет никаких свидетельств контактов с инопланетянами

НЛО были ошибочно идентифицированы

Отчет Пентагона развенчивает мифы об НЛО

Официальные лица правительства США незнают о НЛО

Полиция Розуэлла представила новые нашивки с НЛО

Полное отсутствие доказательств существования НЛО

Уфолог вызвал инопланетный космический корабль

Риелторское агентство. Плюсы сотрудничества

Большинство НЛО были обычными объектами

Виновата ли Тейлор Свифт в теории заговора о соцсетях

Доказательств присутствия инопланетян не обнаружено

ИИ для ультразвукового исследования астронавтов

Инопланетяне или военная техника

Искусство ИИ и креативность человека

Как превратить Марс в пригодный для жизни мир

Миссия Кеплер позволила открыть тысячи экзопланет

Многие наблюдения НЛО были военными испытаниями

Мумифицированный плод может быть инопланетянином

Мы никогда не видели НЛО и не работали с их технологиями

Очень странное поведение электронов

Пентагон не нашел инопланетных технологий

Подписка на новости
Наверх
Яндекс.Метрика