Квантовый мираж

В физике квантовый мираж является своеобразным результатом квантового хаоса . Каждая система квантового динамического бильярда будет демонстрировать эффект, называемый рубцеванием , когда квантовая плотность вероятности показывает следы путей, по которым мог бы пройти классический бильярдный шар . Для эллиптической арены рубцевание особенно выражено в фокусах, поскольку именно в этой области сходятся многие классические траектории. Рубцы в очагах в просторечии называют «квантовым миражом».

Квантовый мираж впервые экспериментально наблюдали Хари Манохаран, Кристофер Лутц и Дональд Эйглер в исследовательском центре IBM Almaden в Сан-Хосе, Калифорния, в 2000 году. Эффект весьма примечателен, но в целом согласуется с предыдущими работами по квантовой механике динамического бильярда в эллиптические арены.

Столько же, сколько загон

Мираж возникает в фокусах квантового загона — кольца атомов произвольной формы, расположенных на подложке . Квантовый загон был продемонстрирован в 1993 году Лутцем, Эйглером и Кромми. ^[2] использование эллиптического кольца атомов железа на поверхности меди с использованием кончика низкотемпературного сканирующего туннельного микроскопа для манипулирования отдельными атомами. ^[3] Атомы ферромагнитного железа отражали поверхностные электроны меди внутри кольца, образуя волновую структуру, как предсказывает теория квантовой механики .

Квантовые загоны можно рассматривать как искусственные атомы, которые даже демонстрируют те же свойства химических связей, что и реальные атомы. ^[4]

Размер и форма загона определяют его квантовые состояния, включая энергию и распределение электронов. Чтобы создать условия, подходящие для миража, команда в Альмадене выбрала конфигурацию загона, которая концентрировала электроны в фокусах эллипса.

Когда ученые поместили магнитный атом кобальта в один фокус загона, в другом фокусе появился мираж атома. В частности, одинаковые электронные свойства присутствовали у электронов, окружающих оба фокуса, хотя атом кобальта присутствовал только в одном фокусе. В сканирующей туннельной микроскопии атомно-острый металлический наконечник продвигается к атомно-плоской поверхности образца до тех пор, пока туннелирование электронов из атома в продвигающийся наконечник не станет эффективным. Используя острый кончик, мы также можем придавать атомам, адсорбированным на поверхности, уникальные формы; например, 48 атомов железа, адсорбированных на Cu(111), расположены в виде круга диаметром 14,26 нм. ^[2] Электроны на поверхности меди задерживаются внутри круга, образованного атомами железа. Возникает картина стоячей волны с большим пиком в центре из-за конструктивной интерференции электронов на поверхности меди, когда они рассеиваются на адсорбированных атомах железа.

Приложения

Ученые IBM надеются использовать квантовые миражи для создания процессоров атомного масштаба в будущем. ^{[ временные рамки? ]}

Ссылки

^ Болл, Филип (26 ноября 2009 г.). «Квантовые объекты на выставке» (PDF) . Природа . 462 (7272): 416. Бибкод : 2009Natur.462..416B . дои : 10.1038/462416a . Проверено 12 января 2009 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Кромми М.Ф., Лутц К.П., Эйглер Д.М. (8 октября 1993 г.). «Удержание электронов в квантовых загонах на металлической поверхности». Наука . 262 (5131): 218–20. Бибкод : 1991Sci...254.1319S . дои : 10.1126/science.262.5131.218 . ПМИД 17841867 . S2CID 8160358 .
^ Роджерс, Бен (2011). Нанотехнологии: понимание малых систем . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. п. 9.
^ Стилп, Фабиан; Беречук, Андреас; Бервангер, Джулиан; Мундигл, Надин; Рихтер, Клаус; Гиссибль, Франц Дж. (11 июня 2021 г.). «Очень слабые связи с искусственными атомами, образованными квантовыми загонами» . Наука . 372 (6547): 1196–1200. дои : 10.1126/science.abe2600 . ISSN 0036-8075 .

Внешние ссылки

[1] Болл, Филип (26 ноября 2009 г.). «Квантовые объекты на выставке» (PDF) . Природа . 462 (7272): 416. Бибкод : 2009Natur.462..416B . дои : 10.1038/462416a . Проверено 12 января 2009 г.

[:1-2] Перейти обратно: ^а ^б Кромми М.Ф., Лутц К.П., Эйглер Д.М. (8 октября 1993 г.). «Удержание электронов в квантовых загонах на металлической поверхности». Наука . 262 (5131): 218–20. Бибкод : 1991Sci...254.1319S . дои : 10.1126/science.262.5131.218 . ПМИД 17841867 . S2CID 8160358 .

[3] Роджерс, Бен (2011). Нанотехнологии: понимание малых систем . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. п. 9.

[Stilp-4] Стилп, Фабиан; Беречук, Андреас; Бервангер, Джулиан; Мундигл, Надин; Рихтер, Клаус; Гиссибль, Франц Дж. (11 июня 2021 г.). «Очень слабые связи с искусственными атомами, образованными квантовыми загонами» . Наука . 372 (6547): 1196–1200. дои : 10.1126/science.abe2600 . ISSN 0036-8075 .

[1]

[2]

[3]

[4]