Фізики вивели формули для опису процесів в квантових точках

 Японські фізики розробили математичні формули для опису струму і флуктуацій електронів у квантових точках. Формули, опубліковані в журналі Physical Review Letters, можуть бути застосовані для подальших теоретичних досліджень фізики квантових точок, ультрахолодних атомних газів і кварків.

Квантова точка (жовта), підключена до двох електродів (сині). Електрони, туннелируют в квантову точку від електродів, взаємодіють один з одним, утворюючи висококоррелірованное квантовий стан, зване "фермі-рідиною" (фото: ria.ru)

Квантові точки - нанорозмірні провідники або напівпровідники - можуть стати ключем до реалізації квантових інформаційних технологій, таких як квантові комп'ютери і квантовий зв'язок.

• Дослідники досягли стійкої квантової телепортації на великі відстані

Фізики-теоретики з Міського університету Осаки і Токійського університету розробили математичні формули, що описують фізичне явище, що відбувається всередині квантових точок та інших нанорозмірних матеріалів.

Йдеться про "ефект Кондо". Цей ефект був вперше описаний в 1964 році японським фізиком-теоретиком Джун Кондо для деяких магнітних матеріалів. Наразі ж відомо, що він має місце і в багатьох інших системах, включаючи квантові точки.

Зазвичай електричний опір металів падає зі зниженням температури. Але в металах, що містять магнітні домішки, це відбувається тільки до критичної температури. Вище неї опір зростає при зниженні температури.

Вчені довели, що при дуже низьких температурах, близьких до абсолютного нуля, електрони заплутуються з магнітними домішками, утворюючи хмару, яка екранує їх магнетизм. Форма хмари змінюється при подальшому падінні температури, що призводить до збільшення опору. Той же самий ефект відбувається, коли до металу прикладаються зовнішні "роздратування ", такі як напруга або магнітне поле.

Автори вирішили скласти математичний опис еволюції цієї хмари. Щоб описати таку складну квантову систему, вони почали з стану системи при абсолютному нулі, до якого може бути застосована добре зарекомендувала себе теоретична модель фермі-рідини для взаємодіючих електронів. Потім вони ввели поправку, яка описує реакцію системи на зовнішні обурення, і в підсумку отримали формули, що описують електричний струм і його коливання в квантових точках.

Формули показують, що електрони взаємодіють в подібних системах двома різними способами, кожен з яких вносять вклад в ефект Кондо. Спочатку два електрона стикаються один з одним, утворюючи квазічастинки, які поширюються всередині хмари. Потім відбувається взаємодія, зване внеском трьох тіл - коли два електрона об'єднуються в присутності третьої, що викликає зсув енергії квазічастинок.

• Штучний інтелект вирішує рівняння Шредінгера

"Пророцтва формул незабаром можна буде перевірити експериментально, - наводяться в прес-релізі Міського університету Осаки слова керівника дослідження Акіра Огури (Akira Oguri) з Інституту теоретичної та експериментальної фізики. - Дослідження в рамках цього проекту тільки почалися".

Автори відзначають, що виведені ними формули можуть бути розширені для розуміння інших квантових явищ, таких, наприклад, як рух квантових частинок через квантові точки, підключені до надпровідників.

Джерело