Ученые обнаружили, как электроны становятся одновременно тяжелыми и быстрыми

Команда из Принстонского университета, продемонстрировала как электроны, двигающиеся в определенных твердых материалах, ведут себя как будто они в тысячу раз массивней, чем свободные электроны, одновременно становясь быстрыми сверхпроводниками.

Наблюдение за этими, на первый взгляд, противоречащими друг другу изменениями свойств электрона, чрезвычайно важно для понимания того, как определенные материалы становятся сверхпроводниками, когда электроны двигаются в них без сопротивления. Подобные материалы могут значительно увеличить КПД сетей электропитания и ускорить компьютеры.

Если остудить электроны до очень низкой температуры в определенных типах твердых материалов, то они приобретут массу, ведя себя так, как ведут себя намного более тяжелые частицы. Удивительно, но дальнейшее охлаждение, до температур близких к абсолютному нулю, превращает эти твердые материалы в сверхпроводники, в которых электроны, несмотря на их вес, превращаются в нечто по типу идеальной жидкости, и текут, не теряя электрической энергии.

В своем исследовании, ученые просканировали волны электронов в кристалле. Они продемонстрировали, что тяжелые электроны являются композитными объектами, состоящими из двух запутанных форм электрона.

Субатомные частицы, такие как электроны, могут объединять в себе диаметрально противоположные свойства, благодаря квантовой сцепленности.

Изменяя структуру кристалла, можно добиться того, что электроны дойдут до необходимой степени сцепленности, по мере охлаждения превращаясь из тяжелых электронов в сверхпроводимые.

"Эти эксперименты могут помочь физикам раскрыть тайны высокотемпературных сверхпроводников", - сказал Субир Сачдев, теоретический физик из Гарвардского университета, не принимавший участия в этом исследовании.

"Мы ждали подобных наблюдений в течение многих лет, поэтому просто прекрасно, что эта красивая экспериментальная система была обнаружена и так хорошо охарактеризована", - сказал Сачдев.

Оригинал (на англ. языке): Phys.org

• Грибы как компьютерные чипы: учёные создают «живую память» из шиитаке
• Учёные создали трёхслойное микрофлюидное устройство для сверхэффективного охлаждения электроники
• Обычный кристалл оказался идеальным материалом для технологий на сверхнизких температурах
• Учёные научились превращать снимки атомно-силового микроскопа в точные 3D-модели движений белков
• Учёные создали уникальный гидрогель для «неклонируемых» меток безопасности
• Роботы нового поколения: в Caltech создали систему, которая может ходить, ездить и летать
• Учёные создали 3D-печатные материалы, которые полностью гасят вибрации
• Квантовые кристаллы: как учёные из Оберна открыли путь к новой технологической революции