Впервые в истории физики учёным из MIT удалось измерить форму и геометрию электронов в твёрдых телах на квантовом уровне.
Результаты работы, опубликованные в журнале Nature Physics 25 ноября, стали возможны благодаря команде под руководством профессора физики Риккардо Комина.
"Мы разработали своего рода чертёж для получения принципиально новой информации, которая ранее была недоступна", — отмечает Комин, также связанный с Исследовательской лабораторией материалов MIT.
Главным объектом исследования стал металлический материал типа "кагоме". Команда использовала технику фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением (ARPES), чтобы адаптировать её под измерение квантовой геометрии. Ранее эта же техника помогла раскрыть "секретные свойства" нового квантового материала в 2022 году.
В квантовом мире электроны можно описывать как частицы и как волны одновременно. Основой исследования является волновая функция — объект, описывающий форму волны электрона. Простую функцию можно представить в виде шара, а сложную — в форме ленты Мёбиуса. Именно последние, сложные функции, составляют основу квантовых материалов, которые всё чаще находят применение в квантовых компьютерах, электронных и магнитных устройствах.
Пандемия COVID-19 неожиданно повлияла на ход исследований. Мингу Кан, первый автор работы и постдок в Корнелльском университете, оказался в Южной Корее, где смог наладить сотрудничество с теоретиками. А профессор Комин, отправившись в Италию для проведения экспериментов, столкнулся с трудностями из-за закрытия лабораторий. Когда Кан заболел COVID-19, Комину пришлось лично выполнять часть экспериментов при поддержке местных учёных.
Команда подчёркивает, что измерение квантовой геометрии станет полезным для изучения множества материалов, а их техника открывает беспрецедентные возможности для науки.