Elektron yang hidup di tepian dapat melepaskan energi optimal: ScienceAlert

Dalam kondisi yang tepat, elektron dapat dibebaskan dari lompatan cepat dan lalu lintas bertekanan tinggi jauh di dalam konduktor dengan melewati batas-batasnya. Di sana, mereka dapat mengubah rangkaian sederhana menjadi arus searah dan bebas hambatan.

Meskipun teori ini menjelaskan prinsip-prinsip dasar di balik aliran elektron dalam “keadaan tepi”, memahaminya dengan cukup baik untuk mengembangkan aplikasi yang dapat memanfaatkan manfaatnya telah terbukti sulit karena perilakunya yang kecil dan bersifat sementara.

Dalam sebuah studi baru, para peneliti dari Massachusetts Institute of Technology (MIT) menggunakan awan atom natrium ultradingin untuk menggantikan elektron – mencapai efek yang sama seperti fisika keadaan tepi, tetapi dalam skala dan durasi yang cukup untuk memungkinkan mereka mempelajarinya secara detail. .

“Dalam pengaturan kami, fisika yang sama terjadi pada atom, tetapi dalam skala milidetik dan mikron.” Dia bilang Fisikawan Martin Zuerlein.

“Ini berarti kita dapat mengambil gambar dan menyaksikan atom-atom merayap selamanya di sepanjang tepi sistem.”

Menurut efek Hall, tegangan muncul ketika medan magnet diposisikan tegak lurus terhadap arus. di sana Versi kuantum Hal ini juga mempunyai pengaruh, karena dalam ruang dua dimensi datar, elektron bergerak melingkar relatif terhadap medan sekitarnya.

Ketika permukaan dua dimensi ini menjadi tepi suatu kelas material “topologi”, elektron harus terakumulasi di lokasi tertentu dan bergerak secara kuantum seperti yang diperkirakan oleh fisika kuantum. Meskipun fenomena ini biasa terjadi, menghubungkan sifat material dengan kecepatan dan arah aliran tidaklah mudah. Tindakan ini hanya berlangsung selama femtodetik (seperempat triliun detik), sehingga hampir mustahil untuk dipelajari dengan baik.

Alih-alih mempelajari elektron, penelitian terbaru ini melibatkan sekitar satu juta atom natrium, yang dipindahkan ke tempatnya menggunakan laser dan direduksi menjadi keadaan yang sangat dingin. Seluruh sistem kemudian dimanipulasi untuk membuat atom mengorbit perangkap laser.

Rotasi ini, selain gaya fisik lain yang bekerja pada atom, meniru salah satu kondisi dasar keadaan tepi: medan magnet. Cincin sinar laser kemudian dimasukkan sebagai tepi material.

Ketika atom bertabrakan dengan cincin cahaya, mereka bergerak dalam garis lurus dan dalam satu arah sepanjang itu, seperti yang terjadi pada elektron dalam keadaan tepi. Bahkan rintangan yang diberikan peneliti tidak mampu membelokkan atom-atom tersebut.

“Anda bisa membayangkannya seperti kelereng yang diputar sangat cepat di dalam mangkuk, dan kelereng terus berputar di sekitar tepi mangkuk.” Dia bilang Zwerlin.

Tidak ada gesekan. Tidak ada histeresis, dan atom tidak bocor atau menyebar ke seluruh sistem. Yang ada hanyalah aliran yang indah dan koheren.

Para peneliti dapat mengamati interaksi dalam sistem mereka yang sesuai dengan prediksi teoritis keadaan tepi sebelumnya, menunjukkan bahwa atom-atom ini memang dapat menggantikan elektron dalam jenis penelitian ini – meskipun ini adalah pertama kalinya hal ini dilakukan . Hari-hari pertama.

Fenomena seperti efek Quantum Hall berkaitan erat dengan superkonduktivitas, gagasan untuk mentransmisikan energi listrik dengan lebih efisien, tanpa kehilangan panas. Hasil ini juga dapat membantu penelitian Komputer kuantum Dan sensor canggih.

“Ini adalah realisasi yang sangat jelas dari bagian fisika yang sangat indah, dan kami dapat menunjukkan secara langsung pentingnya dan realitas dari sisi ini.” Dia bilang Fisikawan Richard Fletcher, dari Massachusetts Institute of Technology.

“Tren yang wajar saat ini adalah menghadirkan lebih banyak hambatan dan interaksi ke dalam sistem, seiring dengan semakin jelasnya apa yang diharapkan.”

Penelitian ini dipublikasikan di Fisika alam.