Ученые зафиксировали предсказанное в 1984 году явление, при котором электроны движутся по повторяющимся траекториям. Открытие может изменить развитие квантовых технологий.
Физики впервые наблюдали квантовые шрамы — явление, при котором электроны движутся по повторяющимся траекториям. Теорию предсказали еще в 1984 году, но только сейчас ученым удалось зафиксировать это явление на практике. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Обычно электроны ведут себя хаотично из-за своей двойственной природы: они одновременно проявляют свойства частицы и волны. Однако в определенных условиях электроны начинают двигаться по предсказуемым орбитам. Эти траектории называют квантовыми шрамами, поскольку они напоминают следы на траве, которые люди протаптывают, двигаясь одним и тем же путем.
Чтобы наблюдать это явление, физики использовали дираковские электроны, известные своим свободным и энергичным движением. Исследование проводили на графеновых микроточках, которые представляют собой слой углерода толщиной в один атом. Материал поместили в контролируемую среду и придали ему форму стадиона.
Рисунок квантовых шрамов, запечатленных в лаборатории профессора физики Хайро Веласко-младшего. Источник: Velasco Lab
При увеличении масштаба ученые зафиксировали, как электрон двигался по предсказуемой траектории, напоминая форму восьмерки. Это движение оказалось гораздо более упорядоченным, чем у свободно движущегося электрона.
Численное моделирование квантовой динамики, выполненное в ходе эксперимента. Источник: Антон Граф, Гарвардский университет
Физики считают, что квантовые шрамы могут открыть новые возможности для квантовых технологий. Однако ученым еще предстоит выяснить, какие условия приводят к такому поведению частиц. До практического применения открытия может пройти несколько лет, но оно уже стало важным шагом к пониманию квантового мира.
