冲浪-电子会打破规律,随波逐流

时间:2020-04-06 18:42 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

冲浪-电子会打破规律,随波逐流

如果你看到人们沿着街道走到一个交叉路口,很难预测他们会朝哪个方向走。但是,如果你看到人们坐在不同的小船上,顺流而下,而这条河又分成两个河道,很可能他们中的大多数,如果不是全部,会被带到一个河道里,那个水流更大的河道。

冲绳县理工学院研究生院(OIST)量子动力学部门的科学家也在研究类似的东西,但他们的研究规模要小得多。他们正在进行实验,看电子的运动如何受流体的影响。这项研究发表在《物理评论快报》上。

该装置的负责人丹尼斯·康斯坦蒂诺夫教授用一根电线演示了这一概念。“如果我们让电流通过一根导线,那么我们就知道电子会从一端运动到另一端。如果我们把导线分成两部分,一半的电子会从一边往下流动,另一半会从另一边往下流动。”

这是由欧姆定律引起的,这是一条物理定律,它规定电流与电压成正比,与电阻成反比,所以如果电阻在两个通道间均匀分布,一半的电子就会沿每个通道运动。

“但是,”康斯坦丁诺夫教授解释道。“如果电子是在液体上,而不是在固体上,它们可能会违反欧姆定律。这正是我们想要衡量的。”

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这个理论来自于极化子的概念,极化子是一个电子被它所处的介质云“包裹”起来。这使它更重、速度更慢,并改变了它的行为。以前在固体中的离子晶体中讨论过极化子,但在液体中很少讨论。

研究人员使用了超流氦,它有几个独特的特性。例如,当温度降至绝对零度时,它仍保持液态,而其他任何液体都会冻结,它的表现就像粘度为零或无阻力的液体。电子只会停留在顶部,而不会下沉。因此,它为研究人员提供了一个二维电子系统。

他们创造了一个微小的结构,在微米的尺度上,由一个t型接头连接的三个储层,然后将这个结构稍微浸入到超流氦中。

当电子移动并扰动液体时,它们会产生毛细管波或涟漪。当电子密度高时,电子被困在波的浅凹处。它们与传统的极化子略有不同,因此研究人员称它们为“涟漪极化子”,因为它们与水面上的涟漪相似。

康斯坦丁诺夫教授说:“欧姆定律指出,电子应该在T结处分裂,但是,由于动量守恒,流体应该沿着直线流动。”我们的理论是,被捕获的电子- - - - - - -会违反欧姆定律,被带到同一个方向。”

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研究人员施加了一个电场,将雷波波拉子从左侧的贮水池中移出。当他们沿着水渠移动时,他们来到了交叉路口,他们可以转弯去旁边的水库,也可以继续直接去右边的水库。

正如研究人员预测的那样。根据动量守恒定律而不是欧姆定律,ripplopolarons从左贮水池直接延伸到右贮水池。

然而,这种违法行为只发生在特定的情况下。电子的密度必须很高,否则就不会形成涟漪,温度必须很低,否则波就会噼啪作响。当研究者相反的方向开展实验,他们发现同样的单向运动,但是当他们跑电子的水库,他们发现ripplopolarons会撞到墙顶部,海浪就会消失,(免费)电子将再次遵循欧姆定律。

虽然有一些应用可以用来理解电子是如何运作的,但这个实验主要是由好奇心驱动的。康斯坦丁诺夫教授说:“我们想知道电子是如何被它们所处的介质影响的。对我们来说,这是一个令人兴奋的发现。”但理解这些性质也很重要。在构建量子比特(构成量子计算机的微小部件)时,流体中的电子可能是有用的。如果我们可以利用流体中的电子来产生量子位,我们就可以为计算机创造一个灵活的、可移动的结构。”

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