16 декември 2018
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Създадоха квантов фрактал от електрони между едно- и двумерното пространство

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 14 ноември 2018 в 12:1718080
Триизмерен триъгълник на Серпински.

Физиците успяха да създадат система, в която електроните се държат така, сякаш са в пространство с дробна размерност, тоест - фрактал.

В този случай частиците трябва да си взаимодействат по необичаен начин както помежду си, така и с външните полета.

Резултатите от работата са представени в списание Nature Physics.

Фракталите са едно от най-могъщите и красиви концепции в математиката. Те притежават свойство, наречено "самоподобност". Това означава, че цялото точно или приблизително съвпада с част от себе си или колкото и да увеличавате някой участък от обекта, винаги ще виждате същата първоначална форма.

Дори и да не сте математик, пак ще ги срещнете - фракталите ни заобикалят навсякъде - в камъните и планините, в листата и дърветата - чак до облаците и галактиките, а през зимата те падат от небето под формата на снежинки.

Източник: WikiMedia

От математическа гледна точка такива обекти имат дробно измерение. Например, ние живеем в триизмерен свят, докато това, което виждаме на лист хартия или на екрана на монитора има две измерения. Но фракталите имат размерност, която не е цяло число. Един от най-известните и прости математически фрактали - триъгълникът на Серпински - има размерност D=ln3/ln2 ≈ 1,585. В известен смисъл, този обект има висша размерност от права (D=1), но по-низша от тази на равнината (D=2). 

Триъгълникът на Серпински

Този знаменит фрактал е наречен на името на откривателя си - полския математик Вацлав Серпински, който го е описал 1915г. Принципът на изграждането му е прост: всеки елемент се заменя с n брой подобни на него елементи. 

Започвайки с триъгълник, заменяме го с три малки триъгълници: Продължавайки този процес на итерация, ние заменяме всеки от тези три триъгълника с други триъгълници и продължаваме много пъти:

докато стигнем до:

Play
1 2 3 4 5 6

Лесно е да се начертае, но екипът решава да изгради истински триъгълник на Серпински на ниво отделни електрони.

Първо, конструират рамка, направена от частици въглероден окис (CO) върху подложка от мед, формирайки триъгълник на Серпински.

В този случай, електроните се улавят в тази структура и образуват фрактално разпределение. Авторите проучват свойствата на вълновата функция на електроните при различни енергии и потвърждават, че в този случай те обитават фрактално пространство с дробна размерност D=1,58 - точно като на триъгълника на Серпински.

Физиците все още не знаят какви нови ефекти ще се появят у електроните във фракталното пространство.

Електрони, свързани (вляво) и несвързани (вдясно) в триъгълник на Серпински. Kempkes et al., Nature Physics , 2018

Свойствата на системите електрони са много зависими от възможността им за движение. Ако им се позволи да се движат само по права линия, те се държат според модела на ламинарна течност, при който зарядът и спинът, характеризиращи всеки електрон, са разделени и техните вълни на плътност се движат независимо. В двумерния случай електроните проявяват напълно различни свойства например за тях е арактерен квантовия ефект на Хол, при който зависимостта на съпротивлението от външно магнитно поле има характерна стъпаловидна форма.

"От теоретична гледна точка това е много интересен и новаторски резултат", обяснява водещият автор Cristiane de Morais Smith (Кристиане де Морайс Смит) от Университета в Утрехт, Холандия. "Отваря се нова линия на изследване, повдигайки въпроси като: какво всъщност означава електроните да бъдат ограничени в нецели измерения? Дали ще се държат като в едно измерение или в две измерения? И какво се случва, ако се включи магнитно поле перпендикулярно на образеца?

"Фракталите вече имат много голям брой приложения, така че тези резултати може да имат голямо влияние върху изследванията в квантов мащаб". 

"Възможните последици от тази работа са напълно неизследвана територия", допълва Кристиан Морай Смит.


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Виц на деня: 10 декември
Виц на деня: 10 декември
10 декември 2018 в 10:454988
Виц на деня: 10 декември
Виц на деня: 10 декември
10 декември 2018 в 10:45
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.