Ein internationales Team unter der Leitung der Lancaster University hat entdeckt, wie Elektronen schnell über eine Quantenoberfläche hin und her gleiten können, wenn sie von äußeren Kräften angetrieben werden.
Die Studie, veröffentlicht in Körperliche Überprüfung Bhat erstmals die Visualisierung der Bewegung von Elektronen auf flüssigem Helium ermöglicht.
Die in Riken, Japan, von Kostyantyn Nasyedkin (jetzt am Oak Ridge National Laboratory, USA) im Labor von Kimitoshi Kono (jetzt in Taiwan an der Yang Ming Chiao Tung University) durchgeführten Experimente entdeckten ungewöhnliche Oszillationen, deren Frequenzen zeitlich variierten. Obwohl unklar war, wie sich die Elektronen in der Dunkelheit und der extremen Kälte am Boden des Kryostaten bewegten, war es offensichtlich, dass die Zeitvariationen denen in lebenden Systemen sehr ähnlich waren.
Professor Kono sagte: „Bei sehr niedrigen Temperaturen ist die Oberfläche von flüssigem Helium ein außergewöhnlich rutschiger Ort. Dort passieren interessante Dinge, und es ist wichtig wegen des Potenzials für Quantencomputer unter Verwendung von Elektronen auf der Heliumoberfläche.“
„Solche Elektronen bewegen sich sehr leicht, weil sie mit einer rutschigen Oberfläche unten und einem Vakuum oben nicht gebremst werden.“
Die Riken-Daten wurden an der Lancaster University mit Methoden analysiert, die von Professor Aneta Stefanovska und ihrer Gruppe hauptsächlich für biologische Anwendungen entwickelt wurden. Lancaster Ph.D. Die Studentin Hala Siddiq (jetzt an der Jazan University, Saudi-Arabien) wandte diese Methoden an. Sie und ihr Hauptbetreuer Professor Stefanovska interpretierten die Ergebnisse in Zusammenarbeit mit Rikens Team und Lancaster-Experten für Tieftemperaturphysik, Dmitry Zmeev, Yuri Pashkin und Peter McClintock.
Die Arbeit hat es ermöglicht, die Bewegung der Elektronen sichtbar zu machen und zu zeigen, wie sie in teils kreisförmigen und teils radialen Bewegungsmustern im Vakuum über der Flüssigkeitsoberfläche herumgleiten. Eine zusätzliche Komplikation, die aus Siddiqs Analyse hervorgeht, besteht darin, dass sich die Oberfläche selbst sanft in einer vertikalen Auf- und Abbewegung bewegt. Darüber hinaus deuten ihre Ergebnisse auf eine Kombination aus Quanten- und klassischer Dynamik hin.
Professor Stefanovska sagte: „Die Wertschätzung dieser Merkmale wird für praktische Anwendungen in weiten Bereichen der Physik, der Biowissenschaften und sogar der Soziologie wichtig sein. Sie liefern nämlich ein paradigmatisches Beispiel für die Physik nicht isolierter Systeme und für die Mathematik nicht isolierter Systeme. autonome Systeme. Darüber hinaus kann das experimentelle Modell verwendet werden, um Eigenschaften lebender Systeme und ähnlicher technischer oder gesellschaftlicher Systeme auf sehr kontrollierte Weise zu untersuchen.“
Mehr Informationen:
Hala Siddiq et al, Visualisierung der oszillierenden Elektronendynamik auf der Oberfläche von flüssigem Helium, Körperliche Überprüfung B (2023). DOI: 10.1103/PhysRevB.107.104501