Науке давно известен туннельный эффект, когда частицы преодолевают энергетический барьер, не имея для этого энергетических оснований. Это явление из квантового мира, нашедшее широкое применение в электронике. Ученые расширили возможности туннелирования к групповому поведению частиц, что стало повторением опыта 100-летней давности на квантовом уровне. Оказалось, что группы электронов могут подталкивать друг друга к коллективному туннелированию.
Образец “квантового” материала для эксперимента. Источник изображения: Lance Hayashida/Caltech
В 1919 году немецкий физик Генрих Баркгаузен (Heinrich Barkhausen) поставил опыт, впоследствии названный его именем. На примере помещенного в катушку ферромагнитного материала он показал, что в процессе внешнего воздействия на материал происходит скачкообразное изменение его намагниченности. В процессе опыта Баркгаузена в подключенном к катушке громкоговорителя, например, возникал треск, когда к ферромагнетику подносили магнит. Намагниченность отдельных доменов касалась соседних, и это распространялось как лавина и одновременно прыжками, пока материал полностью не становился намагниченным.
Ученые из Калтеха (Технологического института Калифорнии) решили обнаружить такой эффект на квантовом уровне без внешних воздействий чисто за счет квантовых явлений. Фактически это была проверка на спонтанное групповое туннелирование. Они поместили в катушку такой ферромагнитный материал, как литий-гольмий-иттрий фторид, и охладили его до температуры вблизи абсолютного нуля. Катушка нужна была для измерения напряжения, возникающего там в случае, если в материале начнет изменяться намагниченность.
После старта эксперимента ученые начали регистрировать скачки напряжения, аналогичные по природе шумов Баркгаузена. Это указало на то, что квантово-механическое туннелирование отдельных электронов привело к групповому или совместному туннелированию частиц.
«Классически каждая из мини-лавин, у которых группы спинов меняют направление, происходит сама по себе, – говорят авторы работы. — Но мы обнаружили, что благодаря квантовому туннелированию две лавины синхронизируются друг с другом. Это результат взаимодействия двух больших групп электронов друг с другом, и благодаря своему взаимодействию они производят эти изменения. Этот эффект совместного туннелирования стал неожиданностью».
Открытие дает надежду на создание квантовых датчиков и других электронных приборов. Фактически квантовые явления в виде группового взаимодействия электронов можно использовать в качестве макрообъектов, что упростит эксперименты в области квантовой физики и позволит использовать эти явления в обычной электронике и не только.
Если вы заметили ошибку, выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
