Физики наблюдали квантовые торнадо: вихри, в которые «превращаются» электроны

Физики впервые зафиксировали квантовое торнадо — вихревые структуры электронов в импульсном пространстве. Это явление, предсказанное восемь лет назад, подтверждает сложные топологические эффекты в квантовых материалах.

Исследователи из университетов Вюрцбурга и Дрездена экспериментально зафиксировали квантовое торнадо — особую вихревую структуру, формируемую электронами в импульсном пространстве. Открытие стало возможным благодаря усовершенствованию метода фотоэмиссионной спектроскопии (ARPES) и использованию квантовой томографии.

Подобные квантовые вихри теоретически предсказал физик Родерих Месснер восемь лет назад. Он описывал их как «дымовое кольцо» — структуру, состоящую из взаимосвязанных вихрей, но до сих пор это явление оставалось недоказанным. Исследователи подтвердили предсказание в эксперименте с квантовым полуметаллом арсенидом тантала (TaAs).

В отличие от традиционных вихрей, наблюдаемых в физическом пространстве, квантовый торнадо формируется в импульсном пространстве — измерении, где электроны описываются не по их положению, а по энергии и направлению движения.

Для обнаружения квантового торнадо физики доработали метод ARPES, основанный на фотоэлектрическом эффекте, который впервые описал Альберт Эйнштейн. Они использовали многослойный анализ, аналогичный медицинской томографии, чтобы реконструировать трехмерную структуру электронных вихрей.

Мы буквально исследовали образец слой за слоем, и, собрав данные, смогли подтвердить, что электроны действительно образуют вихри в импульсном пространстве.

Максимилиан Унцельман, соавтор исследования

По словам исследователей, это открытие может иметь серьезные последствия для развития орбитроники. Это новое направление, которое предлагает использовать орбитальный крутящий момент электронов для передачи информации вместо того, чтобы полагаться на электрический заряд. Потенциально это сократит потери энергии.

Физики теперь изучают, можно ли использовать арсенид тантала для создания новых квантовых компонентов, работающих на принципах орбитроники. Если это удастся, технологии на основе квантового торнадо поможет создать энергоэффективную электронику будущего.


Читать далее:

Астрономы наблюдали сигналы от планеты, которую разорвала собственная звезда

Свет впервые превратили в твердое тело, которое течет как жидкость

Камеры НАСА сняли ударную волну от сверхзвукового самолета

Иллюстрация на обложке: think-design | Jochen Thamm

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Наша Вселенная прибыла из другого мира: теория мироздания оказалась неверна
Космос
Появилась безопасная альтернатива препаратам от диабета и ожирения
Наука
Посмотрите на миллионы звезд и 2000 астероидов в беспрецедентном качестве
Космос
Облик древнего существа впервые восстановили в лаборатории: ему 580 млн лет
Наука
Спрос на специалистов по безопасности ИИ в России вырос в четыре раза
Новости
Опасный астероид может столкнуться с Луной вместо Земли: это угрожает спутникам
Космос
Строение перьев совы скопировали для разработки универсальной шумоизоляции
Наука
Популярный антидепрессант нарушил созревание половых клеток у мышей
Наука
На орбиту впервые отправили квантовый компьютер
Космос
Нейроморфный процессор «Алтай»: будущее ИИ по-русски
Технологии
Бактерии превращают пластиковый мусор в парацетамол
Наука
Японская ispace назвала причину второй неудачи при посадке на Луну
Космос
Из рисовой бумаги можно создать мягких роботов, которые разлагаются за месяц
Новости
Физик предложил заменить пространство-время трехмерным временем
Наука
Антропологи выяснили, почему только одна миграция людей из Африки была успешной
Наука
Токсичную плесень из древних гробниц превратили в противораковое лекарство
Наука
Найдена гигантская нить в космосе: она соединяет четыре скопления галактик
Космос
В Китае установили мировой рекорд: 11 787 дронов создали световое шоу
Новости
Вирус герпеса перестраивает геном человека, но есть способ его остановить
Наука
Разработаны роботы размером с игрушечную машинку для ремонта водопроводных труб
Новости