ควอนตัม 'พายุทอร์นาโด' ที่เห็นในกึ่งเซมิทัลอาจนิยามใหม่ของอิเล็กทรอนิกส์

นักฟิสิกส์ในประเทศเยอรมนีได้นำการทดลองที่แสดงความเฉื่อยของอิเล็กตรอนสามารถก่อตัวได้ '"ภายในควอนตัมกึ่งควอนตัม

แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่อิเล็กตรอนจะนั่งนิ่ง ๆ- กรณีในจุด: การวิเคราะห์พฤติกรรมอิเล็กตรอนในวัสดุควอนตัมที่เรียกว่าTantalum arsenideเผยให้เห็นกระแสน้ำวน

แต่เรื่องราวได้รับการดูหมิ่น อิเล็กตรอนเหล่านี้ไม่ได้หมุนวนอยู่ในสถานที่ทางกายภาพ - พวกเขากำลังทำเช่นนั้นในควอนตัมเบลอของความเป็นไปได้ที่เรียกว่าพื้นที่โมเมนตัม แทนที่จะวาดแผนที่ของตำแหน่งที่เป็นไปได้ของอนุภาคหรือพื้นที่ตำแหน่งพื้นที่โมเมนตัมอธิบายการเคลื่อนไหวผ่านพลังงานและทิศทางของพวกเขา

vortices ที่คล้ายกันมีก่อนหน้านี้ได้รับการสังเกตในพื้นที่ตำแหน่ง การวัดค่าของโมเมนต์อิเล็กตรอนและวางแผนออกบนกราฟสามมิติรูปแบบกระแสน้ำวนที่โดดเด่นก็ปรากฏขึ้นที่นั่นเช่นกัน

การค้นพบนี้สามารถช่วยปูทางไปสู่รูปแบบอิเล็กทรอนิกส์รูปแบบใหม่ที่สมบูรณ์: สนามที่เรียกว่า 'Orbitronics'นั่นอาจแตะเข้าไปในกำลังการบิดของอิเล็กตรอนแทนที่จะเป็นประจุไฟฟ้าเพื่อส่งข้อมูลในวงจรอิเล็กทรอนิกส์หรือ-

การค้นพบเกิดขึ้นในผลึกกึ่งที่น่าสนใจเรียกว่า Tantalum arsenide ในทางที่ไม่น่าแปลกใจ-มันอยู่ในเนื้อหานี้ที่คาดการณ์มานานพบเป็นครั้งแรก อนุภาคที่ไม่มีมวลนี้ทำหน้าที่เป็นอย่างมากเช่นอิเล็กตรอนที่มีประสิทธิภาพสูงและการค้นพบของมันจำเป็นต้องมีคุณสมบัติควอนตัมพิเศษของ tantalum arsenide

คุณสมบัติเหล่านั้นทำให้วัสดุเป็นตัวเลือกที่สมบูรณ์แบบสำหรับการล่าสัตว์- ปัญหาเกิดขึ้นในการหาวิธีสังเกต

นักวิทยาศาสตร์ที่ศูนย์วิจัยที่เรียกว่าความซับซ้อนและทอพอโลยีในสสารควอนตัม (CT.QMAT) ในประเทศเยอรมนีนำการศึกษาที่สามารถดึงออกมาโดยใช้เทคนิคที่เรียกว่าสเปกโทรสโกปีที่มีการแก้ไขมุม (ARPES) ในตัวอย่างของ Tantalum Arsenide

"ARPES เป็นเครื่องมือพื้นฐานในการทดลองฟิสิกส์โซลิดสเตตมันเกี่ยวข้องกับการส่องแสงในตัวอย่างวัสดุการสกัดอิเล็กตรอนและการวัดพลังงานและมุมออก"Maximilian ünzelmannกล่าวนักฟิสิกส์ทดลองที่มหาวิทยาลัยWürzburg

"สิ่งนี้ทำให้เราดูโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุโดยตรงในพื้นที่โมเมนตัมโดยการปรับวิธีนี้อย่างชาญฉลาดเราสามารถวัดโมเมนตัมเชิงมุมวงโคจรได้"

อย่างไรก็ตามการสังเกตแต่ละครั้งจะใช้สแนปชอตสองมิติของอิเล็กตรอนในวัสดุเท่านั้น เพื่อยืนยันว่าพายุทอร์นาโดควอนตัมก่อตัวขึ้นในอาณาจักรนี้ทีมจะต้องจัดซ้อนการวัดแต่ละครั้งเป็นแบบจำลอง 3 มิติเช่นการสแกน CT ผลลัพธ์ที่ได้คือโมเดลที่มีสีสันที่แสดงโครงสร้างกระแสน้ำวนที่ชัดเจนมาก

"เราวิเคราะห์เลเยอร์ตัวอย่างโดยเลเยอร์คล้ายกับการทำงานของเอกซ์เรย์ทางการแพทย์"ünzelmannกล่าว- "ด้วยการรวมภาพแต่ละภาพเข้าด้วยกันเราสามารถสร้างโครงสร้างสามมิติของโมเมนตัมเชิงมุมวงโคจรและยืนยันว่าอิเล็กตรอนก่อตัวเป็นกระแสน้ำวนในพื้นที่โมเมนตัม"

ทีมบอกว่าการทำงานเพิ่มเติมอาจนำไปสู่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น แต่เป็นอุปกรณ์ใหม่ที่เรียกว่า Orbitronics สิ่งนี้สามารถทำงานร่วมกับผู้สืบทอดเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์อีกคนหนึ่งได้ -ซึ่งเข้ารหัสข้อมูลในไฟล์-

การวิจัยถูกตีพิมพ์ในวารสารรีวิวทางกายภาพ x-