Новости космоса и технологий. » Физика » Влияние электронов с отрицательной массой в новых полупроводниковых наноструктурах

Влияние электронов с отрицательной массой в новых полупроводниковых наноструктурах

Опубликовал: Admin, 18-09-2021, 15:14, Физика, 5 735, 0

Влияние электронов с отрицательной массой в новых полупроводниковых наноструктурах

Большое международное исследовательское сотрудничество под руководством доктора Кай-Цян Линя и профессора Джона Луптона из Института экспериментальной и прикладной физики Университета Регенсбурга позволило измерить влияние электронов с отрицательной массой на новые полупроводниковые наноструктуры. В международную команду входят ученые из Беркли и Йеля (США), Кембриджа (Англия) и Цукубы (Япония).

Многие вещи в повседневной жизни кажутся знакомыми только как положительные величины, например, вес предмета. Почему материя всегда кажется положительной масса одна из нерешенных загадок физики. Возможно, сегодня мы почти привыкли к концепции отрицательных процентных ставок, но что произойдет, если масса станет отрицательной?

Ньютоновская механика описывает последствия с помощью известного уравнения Сила = Масса * Ускорение, или F = m * a. Если на объект действует сила, он ускоряется. Но будьте осторожны - если вы попытаетесь завести машину отрицательной массы, она двинется к вам! Точно так же мяч для гольфа с отрицательной массой, падающий в воду, не будет замедляться трением, а вместо этого будет тонуть все быстрее и быстрее!

Материя, как мы знаем, в основном состоит из трех элементарные частицы , атомные ядра с тяжелыми протонами и нейтронами и легкие электроны. Как правило, вес тела определяется параметром атомные ядра . В то время как масса ядер - фиксированная величина, эффективная масса электронов определяется составом материала, в котором они движутся. Масса напрямую влияет на электронные свойства материала.

Все мы узнали в автошколе, что тормозной путь увеличивается квадратично со скоростью, что является еще одним следствием формулы Ньютона: энергия движения автомобиля возрастает пропорционально квадрату скорости v, E = 1/2 * m * v ^ 2. Однако, если бы масса m была отрицательной, энергия частицы, такой как электрон, уменьшалась бы с увеличением скорости - «тормозной путь» уменьшается!

Когда электрон движется через материал, он часто сталкивается с другими электронами и ядрами. Как и при вождении автомобиля, такие столкновения приводят к замедлению движения в случае положительной массы. С другой стороны, электрон с отрицательной массой также теряет энергию, но тем самым ускоряется. Теперь исследователи впервые смогли наблюдать именно этот эффект.

ВУченые из Регенсбурга использовали новый тип полупроводникового материала - одиночный лист атомарной толщины из кристаллического диселенида вольфрама. Когда материал облучается лазером, он начинает светиться: электрон поглощает энергию лазера и снова излучает ее в характерном для материала цвете - красном. Этот цвет соответствует основной энергии электрона в полупроводнике. Так же, как вода всегда течет вниз, можно было бы ожидать, что электроны с более высокой энергией всегда будут стремиться к этой самой низкой основной энергии. Полупроводник всегда должен светиться красным.

Однако команда наблюдала поразительный эффект. При облучении красным лазером электроны излучают не только красный свет, как и ожидалось, но также проявляют слабое голубое мерцание. Таким образом, красный свет с низкой энергией преобразуется в синий свет с более высокой энергией, что дает необычный эффект. Внимательно изучив распределение цвета и яркость этого синего света, то есть оптический спектр, можно сделать вывод, что голубое свечение возникает от электронов с отрицательной массой. Этот неожиданный экспериментальный результат может быть подтвержден подробными квантово-механическими расчетами электронной структуры, которые были выполнены в такой форме впервые.

В настоящее время открытие может показаться скорее научной диковинкой, но ученые уже имеют в виду ряд возможных применений. Например, эта концепция может помочь в разработке сверхбыстрых компьютеров, в которых электроны движутся почти без сопротивления. Переход от положительной массы к отрицательной также создает так называемые сингулярности. Такие особенности - знакомые по попыткам разделить что-либо на ноль на калькуляторе - не совсем отличаются от черных дыр в космологии.

Наконец, из-за того, что электроны в полупроводнике, по-видимому, могут принимать дискретные энергия состояний, как в атоме, должна быть возможность перенести концепции атомной квантовой оптики непосредственно на полупроводник. Это может быть использовано, например, для разработки новых электронных компонентов, которые преобразуют длину волны света, сохраняют или даже усиливают свет или функционируют как оптические переключатели.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии