Физика

Впервые была нанесена на карту геометрия электрона

Если вы когда-либо открывали учебник по естественным наукам, вы, вероятно, видели изображение атома с кластером протонов и нейтронов, составляющих его ядро, вокруг которого кружится рой электронов. Но вы также, вероятно, знаете, что все эти частицы не имеют форму аккуратных маленьких сфер, как это обычно изображается.

Насколько мы знаем, электроны на самом деле не имеют «форму» как таковой - они либо являются точечными частицами, либо ведут себя как волна, которая меняет форму в зависимости от своей энергии. Теперь физики впервые обнаружили отображение одного электрона в искусственном атоме.

Техника предполагает использование квантовых точек, крошечных полупроводниковых кристаллов в нанометровом масштабе. Возможно, вы слышали о технологии отображения квантовых точек, такой как телевизоры QLED, но они полезны гораздо больше, чем просмотр Мстителей в высоком разрешении.

Их также называют искусственными атомами, потому что они могут в основном захватывать электроны и ограничивать их движение в трех измерениях, удерживая их на месте с помощью электрических полей. Эти захваченные электроны ведут себя как электроны, связанные с атомом, и остаются в определенных местах.

Используя спектроскоп, исследователи смогли определить уровни энергии в квантовой точке, наблюдая, как они ведут себя в магнитных полях различной силы и ориентации.

Это, в свою очередь, позволило команде рассчитать форму волновой функции электрона в пределах квантовой точки, вплоть до масштабов, даже меньших, чем нанометр.

«Проще говоря, мы можем использовать этот метод, чтобы показать, как электрон выглядит впервые», - сказал физик Дэниел Лосс из Университета Базеля.

Но это было не все, что они сделали. Настраивая электрическое поле, они могли изменять форму движения электронов, точно и точно контролируя свои вращения.

Это имеет огромное значение для будущих исследований и технологий. Это может сыграть роль в исследовании квантовой запутанности, так как успешная запутанность требует, чтобы волновые функции двух электронов были ориентированы вдоль одной плоскости. Возможность контролировать форму волновой функции электрона может быть чрезвычайно полезной.

Что касается технологии, скорость вращения электрона является кандидатом для использования в качестве кубита, наименьшей единицы информации в квантовом компьютере, но только в том случае, если спин можно контролировать.

Поскольку этот спин частично зависит от геометрии электрона, это один из возможных методов достижения этого контроля.

Исследование было опубликовано в двух статьях: Physical Review Letters и Physical Review B.

Подписывайтесь на нас
Back to top button