Аномальная связь: венские учёные совершили прорыв в понимании квантовых состояний

Исследователям из Венского технического университета (TU Wien) удалось объяснить явление, известное как "квантовая пуповина" — явление, при котором одному импульсу электрона могут соответствовать несколько энергий.

Согласно квантовой теории, электроны в атомах могут занимать только строго определенные уровни энергии, существующие между запрещенными зонами. В твердых телах, состоящих из множества атомов, эти уровни энергии и взаимодействия между электронами становятся более сложными.

В металлах, где электроны могут свободно перемещаться, разрешенные и запрещенные зоны перекрывают друг друга. В изоляторах, наоборот, широкие запрещенные зоны блокируют движение электронов, а материал не может проводить электричество.

Однако, как именно энергетические зоны распределяются в твердом теле, зависит от его состава и силы взаимодействия между электронами. Эту силу можно контролировать изменяя состав материала (легирование) — введением примесей атомов другого типа.

Ученые обнаружили, что при изменении силы взаимодействия между электронами одна разрешенная зона энергии может разделиться на две. Однако в процессе разделения эти две зоны остаются связаны своеобразной квантовой "пуповиной". В большинстве случаев электрон должен выбрать одну из зон, но существует одна особая точка импульса электрона, где возможен широкий диапазон значений энергии, соединяющий обе зоны.

Эффект "квантовой пуповины" был замечен ранее, но причины этого явления оставались неясными. Теперь ученым удалось доказать, что это явление закономерно и можно определить условия, при которых пуповина возникает. Открытие физиков вводит новую категорию состояний в твердых телах, находящихся между проводниками и изоляторами.

Профессор физики Карстен Хельд сообщил, что результаты исследований показали — "пуповина" должна возникать естественным образом при разделении энергетических зон. Это открывает новый взгляд на свойства материалов, которые могут быть полезны для создания новых технологий.