Článek
V novém výzkumu publikovaném v recenzovaném časopise Materials Advances, fyzici podrobně popisují, jak byli schopni zkoumat chování elektronů, které nikdy předtím nebylo izolováno. Dívali se na Diracovy elektrony, které se nacházejí ve speciálních podmínkách.
V minulosti byly vždy ve směsi s jinými typy elektronů, což ztěžovalo jejich studium. Nyní, když je konečně lze izolovat, umožnilo fyzikům studovat jejich jedinečné vlastnosti: stát se účinně beztížným a schopným cestovat rychlostí podobnou fotonu, až do rychlosti samotného světla.
Stačilo k tomu 12 000násobek průměrného barometrického tlaku Země a zvláštní druh rotace.
Zde je třeba definovat několik velkých pojmů. Diracovy elektrony mají klíčovou roli v relativně nedávném objevu zvaném topologické materiály. Jedná se o sloučeniny, které vedou elektřinu pouze na vnějším povrchu, jejich vnitřek nadále funguje jako izolant. Představte si to jako gumovou kouli s elektrickými dráty omotanými kolem, až na to, že celá věc je nějak vyrobena ze stejného materiálu. Je pochopitelné, že tento objev získal v roce 2016 Nobelovu cenu, vysvětlil Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE).
Ve fyzice pevných látek, včetně studia vodičů a kvantového chování, vědci rozebírají všechny různé způsoby chování neobvyklých částic za neobvyklých podmínek. Země je celkově docela předvídatelná, pokud jde o to, jak fungují minerály a látky, ale tyto předvídatelné vzorce se mohou stát mnohem zajímavějšími, pokud se dostatečně popleteme s parametry. Radiace se například děje přirozeně a byla značně urychlena v laboratorních podmínkách při výrobě jaderných elektráren. Zvláštní pozornost v laboratoři vyžadují také kvantové jevy, jako jsou částice schopné cestovat téměř okamžitě napříč vzdálenostmi.
Ale není snadné studovat chování v kvantovém měřítku. K tomu vědci vytvářejí podmínky jako extrémní chlad a tlak. To značně zpomaluje i ty nejnepolapitelnější částice a mění samotnou povahu chování pevných materiálů. Dráhy pro elektrony rostou, zužují se, množí se, mizí. Všechno jde v závislosti na materiálu.
Podle Science Alert, v supravodivých materiálech se elektrony pohybují bez jakéhokoli odporu. V materiálech Dirac, , „[T]y překrytí atomů umístí některé jejich elektrony do podivného prostoru, který jim [umožňuje] přeskakovat kolem materiálů s vynikající energetickou účinností.
Problém je v tom, že zatímco vědci hledají a zjišťují diraktivitu již mnoho let, podle anglického fyzika Paula Diraca, který ji poprvé popsal v roce 1928, je velmi těžké izolovat a pozorovat tyto elektrony zblízka místo na hlučném skupinovém snímku, kromě toho, že už je těžké je pozorovat jen kvůli jejich kvantitě.
Ale poté, co prostudovali existující soubor práce a provedli nějaký nový vlastní výzkum, vědci z univerzity Ehime, univerzity Toho a univerzity Hokkaido (všechny v Japonsku) si uvědomili, že by mohli použít specifický materiál, který nejlépe zvýrazní různé spiny Diracových elektronů.
Díky tomu bylo snazší vybrat tyto elektrony pro další studium pomocí procesu zvaného elektronová spinová rezonance. Nespárované elektrony se příslovečně uvolňují z materiálu, jako když držíte plážové míče ve vzduchu nad vlnící se plachtou. V pevné hmotě se to děje pomocí spektroskopie, což je stejné pole, které může vědcům pomoci identifikovat hvězdy a černé díry. Na spektroskopii reagují pouze volné elektrony podobné plážovým míčům.
Konečně nalezení způsobu, jak izolovat iluzivní Diracovy elektrony, však nebylo to jediné, co se vědcům podařilo v této studii objevit. Za prvé bylo neočekávané, že krystalický polymer kritický pro tento experiment bude trojrozměrný místo jednovrstvé nanovrstvy něčeho jako grafen. Dívat se skrz vás, jak to proslavili Beatles, je mnohem snazší, když máte tloušťku jen jedné částice.
Za druhé, mapování Diracových elektronů tímto způsobem a jejich sjednocení z hlediska pozorovaného spinu umožnilo vědcům provést další pozorování jejich chování. Když teplota materiálu překročí 100 kelvinů, tedy -280 stupňů Celsia, kuželovité Diracovy dráhy se skutečně otevřou. Protože polymer není tak tenký, kužely jsou více definované a blíží se třem rozměrům, od kterých si vědci slibují, že budou moci tyto materiály využít v reálných aplikacích.
Jen čas ukáže, jaké aplikace to budou.
