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在近绝对零度下,单独打开和关闭电子属性,其量子现象可以单独解释!

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发表于 2020-7-13 06:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
在近绝对零度下,单独打开和关闭电子属性,其量子现象可以单独解释!

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复杂材料的性能往往由几种电子性能的相互作用决定,科学家现在已成功地解决了这一乱局:只有在极低的温度下才有秩序。在维也纳理工大学,材料被冷却到几乎接近绝对零度,因此电子占据不同的状态相当随机,显示出一定的规律。但即使是这样的极冷电子行为也很难理解,一方面因为电子之间相互影响很大,不能单独描述,另一方面因为不同的电子特性同时发挥作用。

                               
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然而,现在维也纳理工大学的实验使这一认识变得更加容易:它有可能影响电子各自不同的特性。因此,紧密交织的量子现象可以单独理解,其研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。假设有一大袋棋子,把它们一个接一个地放在棋盘上,直到放满了为止。创建有序模式有不同的方法:例如,总是可以交替放置白色和黑色块,也可以忽略颜色,交替放置骑士和车
或者考虑更复杂的顺序模式,结合颜色和图形类型。这与固体中的电子相似:就像在棋盘上一样,电子的位置是有规律地排列,就像棋子一样,电子有不同的属性,可以用来创造秩序。电子最简单的特性是电荷——电荷负责电流的流动。然而,所有电子的电荷都是一样。

                               
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如果考虑电子自旋,事情会变得更有趣,对于自旋,总是有两种不同的可能性,磁性是由固体中电子自旋的规则排列决定。然而,对于局域电子,还有另一个性质,另一个自由度,它起着重要的作用,那就是轨道自由度。如果一个电子被束缚在某个原子上,就可能有不同的空间排列。量子物理学允许电子和原子之间有不同的几何关系——这也允许固体中有序的结构,例如许多相同的原子排列在晶体中,并且每个原子都有一个处于相同轨道状态的电子。

                               
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研究了一种由钯、硅和铈组成的材料,并专注于铈原子上的电子,以及可以在晶体中自由移动的传导电子。在导电电子的帮助下,可以影响铈原子中电子的顺序,包括它们的自旋自由度和轨道自由度,这是通过屏蔽来实现的。传导电子实际上可以隐藏固定电子的自旋和轨道状态,这被称为近藤效应,这意味着秩序已经不可能了。正如现在所显示的,借助于微小的磁场变化,这两个自由度的顺序可以在非常低的温度下分别打开和关闭。

                               
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量子系统的秩序在某些情况下崩溃或重新出现的事实并不新鲜,但有一个系统,可以根据在高温下紧密交织的两个不同自由度,分别启动和关闭顺序,这就相当了不起。这种可能性现在可以帮助发现复杂材料的特别有趣特性,有理由认为,轨道自由度在非常规超导现象中也扮演着重要角色,现在有了一种新的仪器,可以更好地理解这种技术上的重要影响。

博科园|研究/来自:维也纳科技大学
参考期刊《美国国家科学院院刊》
DOI: 10.1073/pnas.1908101116


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