Найдено объяснение одной из задач квантовой физики. При чём тут лягушка в коробке?
Источник: Венский технический университет
Исследование Международной группы ученых из Венского технического университета предлагает новое понимание механизма эмиссии электронов или, простым языком, выхода электронов из твёрдого тела.
Учёные не могли дать полное объяснение этому процессу и в теоретической физике долгое время существовал «пробел». Действительно, возникали неразрешимые вопросы – почему электрон, способный преодолеть энергетический барьер, не всегда может это сделать?
Исследователи привели простой и понятный пример – лягушке, находящейся в коробке с отверстием, недостаточно иметь необходимую энергию для прыжка. Для того, чтобы покинуть коробку ей необходимо попасть точно в отверстие или, как определили учёные, шлюз. Только это позволит лягушке "освободиться".
Учёные обнаружили, что электронам в твёрдых телах, также как лягушке в этом примере, для «выхода» необходимы не только дополнительная энергия, которую они получают, например, при столкновении с другими электронами. Для того, чтобы покинуть твёрдое тело электронам нужно попасть в так называемый «дверной проём».
Такому квантовому состоянию учёные дали определение «состояние шлюза» (doorway states). Эти «шлюзы» служат своего рода «дверями», которые связывают внутренние состояния материала с внешним пространством. Если электрон не попадает в такое состояние, он остается «запертым» внутри твердого тела, даже имея энергию свободного электрона.
«Мы впервые показали, что форма электронного спектра зависит не только от самого материала, но и, что особенно важно, от наличия и места нахождения таких резонансных состояний», — говорит Анна Ниггас из Института прикладной физики Венского технического университета, первый автор исследования. Некоторые из этих состояний возникают только при наложении более пяти слоёв материала друг на друга.
Исследование открывает совершенно новые перспективы для целенаправленного проектирования и использования многослойных материалов и созданию устройств с принципиально новыми характеристиками.
