Немецкие ученые впервые смогли в реальном времени отследить, как электроны преодолевают запрещенную энергетическую зону в графене со стопроцентной вероятностью.
Читайте также:
Новое состояние материи. Ученые описали потенциальное существование временной жидкости Чтобы увидеть этот квантовый процесс в режиме реального времени, физики объединили сверхкороткие лазерные вспышки с импульсным фотоэмиссионным микроскопом. В отличие от обычных микроскопов, этот прибор измеряет распределение энергии и скорость движения частиц внутри кристалла.
Научная работа была опубликована в журнале Nature.
В твёрдых телах электроны движутся внутри чётко определённых энергетических зон, которые разделены запрещёнными интервалами. Квантовая механика позволяет частицам переходить между этими зонами благодаря туннелированию, однако вероятность такого процесса обычно низкая.
В ходе эксперимента ученые зафиксировали переходы Ландау-Зинера-Майорани. Мощные электрические поля, созданные лазером, настолько быстро разгоняли электроны через атомную структуру графена, что те перескакивали между разрешенными уровнями,
вообще не задерживаясь в запрещенной зоне. Измерения доказали, что в таких условиях вероятность туннелирования достигает абсолютных 100%.
Для проведения эксперимента исследователи использовали атомно-чистые образцы двумерного графена. Любые посторонние примеси в материале могли бы нарушить тонкую квантовую динамику и помешать наблюдению.
Помимо фиксации рекордного туннелирования, новая методика помогла увидеть, как столкновения электронов с кристаллической решёткой постепенно разрушают их синхронное движение.
«Наш эксперимент открывает панорамное окно в квантовый мир. Теперь мы можем в режиме реального времени наблюдать за тем, как электроны движутся через энергетический ландшафт материала. И это только начало», — сказал Джакомо Инзани из Регенсбургского университета.
Читайте также:
Электроника без химии. Ученые показали, как изменять свойства графена исключительно за счет деформации на атомном уровне
