Теория квантовой революции
Теория квантовой революции
Явления, подобные квантовым вихрям в сверхтекучей жидкости, которые описывает теория, разработанная Натальей Берловой, наблюдаются в бозе-конденсатах холодных газов.
section class="box-today"
Сюжеты
Технологии:
Секс с границами и без
Как залезть в карман к клиенту
/section section class="tags"
Теги
Наука
Технологии
Изобретатели
/section
Оказалось, что бозе-конденсация объясняет также феномены, возникающие в магнитных материалах, где при определенных условиях формируются спиновые волны, которые можно представить как квазичастицу* — магнон, коллективное поведение которых напоминает поведение сверхтекучего бозе-конденсата.
Поясним, что такое бозе-конденсация. В зависимости от спина все частицы можно отнести к одному из двух классов — бозонов (это частицы с целым спином, подчиняющиеся статистике Бозе—Эйнштейна) или фермионов (это частицы с полуцелым спином, подчиняющиеся статистике Ферми—Дирака). Наиболее разительно различие в поведении систем ферми-частиц и бозе-частиц проявляется при низких температурах. Для фермионов справедлив принцип Паули, согласно которому в каждом квантовом состоянии может находиться не более одной частицы, и при стремлении температуры к нулю фермионы «поочередно» заполняют возможные квантовые состояния таким образом, чтобы энергия системы была наинизшей (рисунок слева). Для бозонов не существует ограничения на число частиц в одном квантовом состоянии, и в случае когда температура становится меньше определенной величины (называемой критической температурой), происходит бозе-конденсация (иногда говорят бозе-эйнштейновская конденсация) — значительная часть частиц скапливается в наинизшем энергетическом состоянии (рисунок справа). Одним из удивительных свойств бозе-конденсатов является сверхтекучесть — способность жидкости течь без внутреннего трения (вязкости).
figure class="banner-right"
figcaption class="cutline" Реклама /figcaption /figure
Подобные явления можно наблюдать в полупроводниках, в которых при определенных условиях тоже возникают квазичастицы — экситонные поляритоны, коллективное поведение которых также напоминает поведение сверхтекучего бозе-конденсата. Это явление, подобное сверхпроводимости, может оказаться интересным для практического применения, поскольку уже получены материалы, где процессы конденсирования наблюдаются при комнатной температуре.
Поясним, как возникают экситонные поляритоны. Когда электрон под действием теплоты или света покидает атом, находящийся в узле кристаллической решетки, на его месте остается вакансия, которую называют дыркой. Дырка может быть представлена как положительный электрический заряд, равный по абсолютной величине заряду электрона. Дырка может быть занята электроном, перешедшим из соседнего атома. Ушедший электрон, в свою очередь, образует новую дырку. Таким образом, дырки как бы перемещаются в кристаллической решетке в противоположном направлении по отношению к движению электронов.
В полупроводниках возникшая электрон-дырочная пара образует квазичастицу, которая называется экситоном. Экситон является бозоном. Экситон нестабилен: по истечении некоторого короткого времени (порядка десятков пикосекунд) экситоны исчезают: электрон занимает место дырки, излучая свет.
В определенных условиях в полупроводниках может сформироваться еще один вид частиц, являющийся объединением экситонов и фотонов, — экситонные поляритоны. Можно представить такой процесс образования и существования экситон-поляритона: фотон попадает в полупроводник и поглощается с образованием экситона. Затем экситон рекомбинирует, испуская такой же фотон. Фотон опять поглощается, экситон опять рекомбинирует и так далее. На самом деле уже нет ни экситона, ни фотона, а есть смешанное состояние — экситон-поляритон. Экситон-поляритон тоже является бозоном со всеми присущими ему свойствами. Поскольку поляритоны, как и фотоны с экситонами, являются бозонами, то, например, возможна бозе-конденсация поляритонов.
Важно то, что все эти объекты ведут себя как сверхтекучая жидкость, в которой тоже можно наблюдать появление вихрей.
Сейчас происходит квантовая революция. Идет поиск новых материалов, которые могут изменить лицо современной электроники. Их характеристики похожи на те, о которых рассказано выше. В частности, речь может идти о терагерцевой электронике. Она может быть реализована на экситон-поляритонных системах и хиральных материалах, которыми занимается Дмитрий Харзеев (см. «Эксперт» № 32 от 13 августа 2012 г), и экситонных системах, каковыми занимается Леонид Бутов, с которыми Наталья Берлова создает в Сколкове Центр квантовых материалов.
Более 800 000 книг и аудиокниг! 📚
Получи 2 месяца Литрес Подписки в подарок и наслаждайся неограниченным чтением
ПОЛУЧИТЬ ПОДАРОКЧитайте также
ТЕОРИЯ СУПЕРСТРУН
ТЕОРИЯ СУПЕРСТРУН В нашем сознании заложен стереотип: все значительное имеет большие размеры. Именно поэтому богов и героев изображали гигантами. Однако реальность часто преподносит исследователям сюрпризы. Наиболее выдающиеся достижения человечества были сделаны в
Теория
Теория «Во время пожара в гараже на станции Мидзоногути в городе Кавасаки пострадали два человека: Ямала Кеко-сан, 73 лет, и Танака Юрико-сан, 69 лет, живущие в доме напротив горевшего гаража, вышли на свои балконы и, желая увидеть все получше, перевалились через перила». Из
ПРЕДЫСТОРИЯ СССР и Афганистан: от революции Октябрьской до революции Апрельской
ПРЕДЫСТОРИЯ СССР и Афганистан: от революции Октябрьской до революции Апрельской Первые отношения Афганистана и новой Советской России завязались в 1919 году. Особую роль в этих отношениях играл Амманула-хан (правил с 1919-го по 1929 год), личность по афганским меркам
Глава 12. Теория революции Маркса: узость модели
Глава 12. Теория революции Маркса: узость модели Конфликт между Марксом и русскими революционерами имеет несколько уровней. Структура его не разобрана из-за умолчаний, вызванных особым местом, которое занимал марксизм в идеологии мирового левого движения и в
Теория заговоров. Впрочем, это совсем не теория, это ежедневная практика (16.11.2012)
Теория заговоров. Впрочем, это совсем не теория, это ежедневная практика (16.11.2012) Жил-был грек Бэзил Захарофф, дистрибьютор пулеметов и подводных лодок, один из основателей компании Бритиш Петролеум, владелец казино в Монако. Он продавал пулеметы в количестве, достаточном
Теория
Теория Вряд ли стоит кому-либо объяснять, что такое горящие туры. Почему стоимость того или иного тура вдруг резко снижается? Причины могут быть самыми различными. Например, мировой экономический кризис нанес болезненный удар по греческой экономике. В результате отдых на
Теория заговоров
Теория заговоров Многие выразят недовольство отсутствием «конкретного и точного» ответа на вопрос, а зачем преступникам потребовался такой огромный самолет (и даже два, если учесть «Боинг», пропавший в Индийском океане 8 марта)? Это выяснят следователи, перед которыми
IV. КАК ВЫГЛЯДЕЛА ТЕОРИЯ ПЕРМАНЕНТНОЙ РЕВОЛЮЦИИ НА ПРАКТИКЕ?
IV. КАК ВЫГЛЯДЕЛА ТЕОРИЯ ПЕРМАНЕНТНОЙ РЕВОЛЮЦИИ НА ПРАКТИКЕ? Критикуя теорию, Радек присоединяет к ней, как мы видели, и «тактику, из нее вытекающую». Это очень важное прибавление. Официальная критика «троцкизма» в этом вопросе осторожно ограничивалась теорией... Но Радеку
Альтернативная победа О военных песнях, квантовой физике и о романе «Фатерлянд»
Альтернативная победа О военных песнях, квантовой физике и о романе «Фатерлянд» http://www.podst.ru/posts/5739/Эстетика празднования Дня Победы в последние годы не столько определилась, сколько закрепилась: военные песни, георгиевские ленточки даже на «Мерседесах», парад на Красной
Теория
Теория Образование… – это просто знание букв. Оно есть инструмент, который можно употребить как во благо, так и во зло1.* * *Для того чтобы стать всеобщим, образование должно быть бесплатным2.* * *Учение без практики, подобно набальзамированному трупу. Выглядит на первый
Теория и практика
Теория и практика Благодаря теории — я знаю, а благодаря практике — я чувствую. Теория обогащает интеллект, практика расцвечивает чувство, тренирует волю. «Я знаю» не значит: «действую сообразно тому, что я знаю». Чужие взгляды незнакомых людей должны преломиться в моем
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА В старой школе, как правило, теория была оторвана от практики. Лишь мимоходом давались благие советы, касающиеся практики. Практические занятия имели целью лишь иллюстрировать те или иные положения теории. Результатом этого был отрыв учебы от жизни, ее
От революции сланцевой к революции на Украине Карпова Наталия
От революции сланцевой к революции на Украине Карпова Наталия Обострение ситуации вокруг Украины, в частности угроза введения санкций против российского энергетического сектора, свидетельствует об обострении борьбы на мировом рынке
Возвращение квантовой диаспоры Тигран Оганесян
Возвращение квантовой диаспоры Тигран Оганесян Российский квантовый центр закрепил достойное место для России во второй квантовой революции. Это стало возможным благодаря совместным усилиям выпускников МФТИ, ставших выдающимися учеными и
ТЕОРИЯ ПРЕДАТЕЛЬСТВА
ТЕОРИЯ ПРЕДАТЕЛЬСТВА Ключевой вопрос российской современности — вопрос о причине гибели Советского Союза. Как могло случиться, что страна, семьдесят лет противостоявшая всему миру в тяжелейших условиях, погибла на пике могущества? Если бы СССР (Советская Россия; СССР