У твердому матеріалі вперше виявили "темні електрони"

27 серпня, 13:55

Донедавна фізики вважали, що темні стани електронів, що не поглинають і не випромінюють світло в темряві, можуть існувати тільки в рідких або газоподібних матеріалах. Проте експеримент вчених із Південної Кореї довів, що вони зустрічаються і у твердих тілах. Модель дослідників пояснює це квантове явище та може призвести до розробки нових високотемпературних надпровідників.

Дослідницька група під керівництвом професора Кім Гін Су з Університету Йонсе першою у світі виявила існування у твердому матеріалі темних станів електронів. Насамперед вважалося, що у твердих тілах електронів у темному стані, що не спостерігається, не буває. Проте вчені змогли виявити унікальні розташування атомів, які є ключовим фактором існування темних електронних станів у твердих тілах. Коли чотири атоми одного типу утворюють дві пари та створюють симетричну структуру, взаємодія між електронами може призводити до темних станів електронів, невидимих світла.

Оскільки звичайні електрони поглинають енергію фотонів, їх можна знайти різними методами спектроскопії. Темні електрони не взаємодіють зі світлом та іншими електромагнітними силами і тому не виявляються звичайними способами. Деякі вчені не вірять у їхнє існування, інші вважають, що ці частинки поки що приховані від нас, пише IE.

У спробах виявити темні електрони дослідники нерідко використовують матеріали, що мають лише одну пару підструктур, особливе розташування атомів, що повторюється всередині більшої кристалічної структури. Однак у даному випадку корейські вчені обрали матеріали з двома парами ґрат: диселініди паладію, купрати та галоїдні перовскіти свинцю. У квантовому стані ці матеріали повинні мати чотири типи електронів.

Однак результати фотоелектронної спектроскопії з кутовим дозволом дали інший результат: фотони, що потрапляють на поверхню матеріалу і викликають емісію електронів, розкрили присутність лише одного типу електронів. Це означає, що інші три типи не взаємодіють зі світлом, тобто перебувають у темному стані.

"Наше дослідження виявило, що темні стани електронів присутні в багатьох матеріалах навколо нас", - заявив професор Кім.

Вчений додав, що його команда планує продовжувати займатися давньою проблемою сучасної фізики: високотемпературною надпровідністю: «Опанувавши механізм високотемпературної надпровідності, ми можемо розробити такі матеріали, які піднімуть температурну межу надпровідності, що може призвести до революції в енергетиці, транспорті та медичній діагностиці».

Несподівана ознака надпровідності — спарювання електронів усередині електроізоляційного матеріалу за -123 градусів Цельсія — спостерігала команда вчених зі Стенфордського університету. Пояснення цього явища фізики поки що не мають.

Джерело матеріала