Учёные впервые построили карту геометрии электрона

Несомненно, вы помните изображение атома из школьного учебника физики: шарик из нейтронов и протонов, окруженный орбитами электронов. Конечно, в реальности эти частицы расположены не настолько уж идеально и аккуратно, как на иллюстрации.

Насколько мы знаем, у электронов нет какой-то конкретной формы. Они либо ведут себя как точечные частицы, либо как волны, меняющие форму в зависимости от своей энергии. И вот впервые ученым удалось карту одного электрона в искусственном атоме.

(Camenzind et al., PRL, 2019)
(Camenzind et al., PRL, 2019)

Для этого ученые использовали квантовые точки — маленькие полупроводящие кристаллы нанометрового размера. Возможно, вы слышали о технологии дисплеев на квантовых точках, или QLED-телевизорах. Очевидно, технология полезна не только для просмотра фильмов. 

Квантовые точки еще называют искусственными атомами, потому что они могут захватывать электроны и, с помощью электрических полей, удерживать их движение в трех измерениях. Захваченные электроны ведут себя как электроны атома.

С помощью спектроскопа исследователи смогли определить энергетические уровни в квантовой точке, наблюдая за тем, как они ведут себя в магнитных полях разной силы и разного направления. Это позволило вычислить волновую функцию электронов в квантовой точке в масштабе меньше нанометра.

Если говорить простым языком, с помощью этого метода мы впервые в истории можем показать, как выглядит электрон,

 — сказал Дэниэл Лосс, физик из Базельского университета.

Это не единственный результат исследования. Меняя электрическое поле, ученым удалось изменять характер движения электронов, очень точно контролируя их спины.

У этого открытия гигантский потенциал. Оно может сыграть огромную роль в исследованиях квантовой запутанности, ведь успешная запутанность требует, чтобы волновые функции двух электронов были направлены в одной плоскости. Возможность контролировать форму волновой функции поможет значительно продвинуться в этих экспериментах.

Что же касается непосредственно технологий, спин электрона — один из кандидатов на использование в кубитах, единицах информации квантовых компьютеров. Для этого тоже требуется контроль над спинами.

PS Вы же подписались на наш Телеграм канал и Youtube? Обязательно подпишитесь!

— 
Результаты исследования были опубликованы в Physical Review Letters и Physical Review B.