Версия для слабовидящих
Физики создали крошечный ультраточный ускоритель квазичастиц Печать Email
Новости науки
16.05.2016

Эксперименты на Большом адронном коллайдере (БАК) показали, что, сталкивая частицы на большой скорости, можно многое узнать об устройстве Вселенной. Именно таким образом был открыт бозон Хиггса и воссозданы первые секунды после Большого взрыва. Ускорители элементарных частиц представляют собой гигантские сооружения, в которых протоны и тяжёлые ионы разгоняются в многокилометровой вакууированной трубе почти до скорости света.

Физики из Германии и США нашли способ сталкивать короткоживущие объекты, известные как квазичастицы, внутри крохотных фрагментов полупроводников.

В квантовой механике квазичастицы помогают учёным описывать взаимодействие частиц внутри твёрдого тела. Например, при прохождении электрона сквозь полупроводник он вызывает "волнения" в ядрах и электронах соседних атомов. Чтобы описать этот сложный процесс учёными была придумана квазичастица (не существующая частица, упрощающая расчёты) под названием электрон проводимости, которая движется в свободном пространстве, а её заряд, масса и энергия отличаются от исследуемого электрона.

"Для физиков интуитивно удобнее мыслить в терминах квазичастиц, – объясняет руководитель нового исследования профессор Макилло Кира (Mackillo Kira) из Марбургского университета. – Это аналогично описанию движения пузыря воздуха в воде, когда проще принять пузырь за одну частицу, чем учитывать каждую молекулу воды, которая его окружает".

Кира и его коллеги использовали короткие точно синхронизированные лазерные импульсы, чтобы сталкивать электроны с положительно заряженными квазичастицами – дырками. Последние представляют собой незаполненную валентную связь, которая остаётся после того, как электрон отделился от атома.

Первоначально мощный лазерный луч светил на пластинку полупроводника диселенида вольфрама толщиной всего 60 нанометров и вызывал движение свободных электронов точно так же, как свет, падающий на солнечную панель (свет меняет энергетическое состояние системы, и электроны покидают атомы). При этом позади отделяющихся от атомов электронов остаются дырки.

Особенность полупроводника заключается в том, что электроны проводимости и дырки в нём связаны друг с другом в пары, известные как ещё одна разновидность квазичастиц – экситоны.

Чтобы разрушить эту связь физики включали сильное колеблющееся электромагнитное поле, которое вызывало распад экситонов. При этом электроны и дырки ускорялись и разлетались друг от друга в противоположных направлениях. В этот момент учёные давали ещё один лазерный импульс, который разворачивал квазичастицы обратно и сталкивал их друг с другом. В итоге пара аннигилировала с образованием фотонов (частиц света), которые регистрировали с помощью детектора.

Результаты исследования, опубликованные в научном журнале Nature, раскрывают важную информацию о структуре экситона и о силе связи электронов с дырками. Специалисты считают, что эти сведения могут быть использованы для создания новых светоизлучающих приборов и более эффективных солнечных батарей.

Кира и его коллеги говорят, что, если новый метод удасться применить к другим квазичастицам, он станет ключом к решению многих загадок физики, таких как явление высокотемпературной сверхпроводимости.

Источник - http://www.vesti.ru/doc.html?id=2753984

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта