0
4912
Газета Печатная версия

24.01.2023 19:10:00

Корреляцию между электронами удалось достичь с точностью 18 знаков после запятой

Бесконечное мгновение ока

Тэги: физика, квантовая физика


1-14-1480.jpg
Фотоэмиссионная микроскопия экситонов
(РММ): сверху – слой проводника (MoS2),
внизу – полупроводник (WS2). 
Иллюстрация Physorg
Чуть более века назад, в 1916 году, немецкий физик-теоретик Арнольд Зоммерфельд, в зрелом для отцов-основателей квантовой физики возрасте, предложил ввести новую константу: 1/137 – так называемую постоянную тонкой структуры водородного спектра. Она показывает силу электромагнитного взаимодействия элементарных частиц, несущих заряд). В 1929 году Зоммерфельд был принят как иностранный член в Академию наук СССР.

Говорят, что его постоянная тонкой структуры присутствует в знаменитом золотом сечении; отношение 1/137 очень важно и для определения спектров далеких источников пространства. Неудивительно, что с развитием практической науки физики постоянно уточняют значение этой постоянной, которое в октябре 2022 года объявлено в Париже равным 1/137… и много цифр далее. Уточнение постоянной очень важно и с точки зрения константности фундаментальных постоянных, лежащих в основании современных наук.

То же относится и к секунде, в которую укладывается более 9 млрд длин волн излучения цезия. Именно так 55 лет назад была определена наносекунда, без которой сегодня невозможно представить современные технологии и повседневный быт.

Цезиевое облако, использованное для определения эталона времени, дало результат, который подтвердил экспериментально эффекты, предсказанные общей теорией относительности Альберта Эйнштейна. Но для фиксации гравитационных волн такого «грубого» разрешения было недостаточно, к тому же и космос требовал нечто иное. И это воплотилось в оптических часах, позволивших отодвинуть границу до пределов фемто-, а затем и аттосекунд (10–15–10–18 с). Но оптические часы очень дороги, да к тому же и довольно громоздки, чтобы перемещать их с места на место. А это нужно для уточнения временных параметров, что достигается при сравнении показаний на разных «циферблатах».

Проблему – по крайней мере частично – решили физики университетов в Шанхае и Хефее. Они с помощью высокоточных частотных решеток-«гребенок» добились сравнения часов на расстоянии 113 км! Критически настроенные эксперты указывают на почти идеальные условия, в которых китайцы проводили свои опыты: удаленная пустынная область без ветров и, следовательно, турбулентности воздушных масс; а это недостижимо в современных загазованных городах. Коллег, однако, поддержали сотрудники университета в немецком Регенсбурге, которые добились аттосекундной корреляции между электронами. Их результаты, полученные в моноатомном слое селенида вольфрама (WSe2) с разрешением 300 аттосекунд (0,3 фемтосекунды), опубликованы в журнале Nature.

По другую сторону океана Институт стандартов и мер в г. Боулдере, штат Колорадо (США), представил программируемую во времени частотную решетку для квантового ранжирования. Авторы заверяют, что их ранжирующая система дала возможность снизить требуемую энергию, тем самым позволив в 5000 раз повысить точность измерений (по сравнению с существующими системами двойных решеток). Повышение точности измерений делает реальным использование так называемых экситонов – квазичастиц, возникающих в результате возбуждения электрона, меняющего свою локацию и оставляющего после себя положительно заряженную дырку (hole).

В университете Цукубы, что в северном пригороде Токио, физики обратили внимание на тончайшие пленки дихалькогенидов переходных металлов, например вольфрама и висмута с селеном и серой (WSe2, BiSe). Японцы, в частности, наблюдали сверхбыструю динамику экситона с помощью сканирующего туннельного микроскопа и лазера. Исследователи подчеркивают, что двумерные монослои WSe2, BiSe обеспечивают высокую мобильность при комнатной температуре. Это открывает перспективу использования генерируемых в двойных гетерослоях экситонов в квантовой информатике. В частности – в интегрированных фотонных сетях.

Свойства селенида висмута (BiSe2) существенно меняются при легировании их кислородом. Это повышает мобильность электронов. В университете Пекина и Техасском в городе Остин (США) продемонстрировали внедрение кислорода в слой кристаллического селенида толщиной 0,5 нм с помощью ультрафиолета (длина волны 185 нм). Тем самым был получен принципиально новый полевой транзистор.

2D-слой сульфида вольфрама (WS2) на подложке из нитрида бора (похожего формой своих «ячеек» на графен и бензол) использовали и в университете Геттингена. С помощью фотоэмиссионной микроскопии (РММ) авторы исследовали поведение экситонов как строительных элементов будущей фотовольтаики, то есть получения электроэнергии при взаимодействии света и материи. Она успешно «эксплуатируется» вот уже 3 млрд лет в ходе фотосинтеза, снабжающего запасенной в углеводах энергией всю биосферу Земли. n


Читайте также


Что делает космологию экспериментальной наукой

Что делает космологию экспериментальной наукой

Иван Сапрыкин

Гравитационные волны становятся привычным объектом изучения для физиков

0
2973
С точностью до одного фотона

С точностью до одного фотона

Максим Ухин

Металинзы позволяют манипулировать испусканием квантов света с разной длиной волны и формой

0
2217
Мир надлунный и подлунный

Мир надлунный и подлунный

Алекс Громов

Новое издание виднейшего мыслителя средневекового Востока

0
1675
Квантовые теории о главном

Квантовые теории о главном

Александр Спирин

Физикам удалось отследить нарушение когерентности одиночных электронных спинов

0
9932

Другие новости