Квантовая физика: получены первые изображения уровней Ландау

Физики напрямую визуализировали уровни Ландау – квантовые уровни, определяющие поведение электрона в сильном магнитном поле - впервые с тех пор, как они были теоретически сформулированы Нобелевским лауреатом Львом Ландау в 1930 году.

Используя сканирующую туннельную спектроскопию - зонд, непосредственно взаимодействующий с электронами, – объединенная группа ученых из разных институтов - Университета Уорвика и университета Тохоку, выявила внутреннюю кольцевую структуру уровней Ландау на поверхности полупроводника.

Изображения ясно показывают, что Ландау был прав, когда предсказал, что в чистой системе электроны будут принимать форму концентрических колец, число которых будет увеличиваться в соответствии с их уровнем энергии. Этот простой подсчет поведения лежит в основе так называемого квантового эффекта Холла.

 
Изображения ясно показывают, что Ландау был прав, когда предсказал, что в чистой системе электроны будут принимать форму концентрических колец, число которых будет увеличиваться в соответствии с их уровнем энергии

Хотя первоначально в исследованиях в основном, преследовался фундаментальный интерес, в последние годы эффект используется для определения стандарта электрического сопротивления и, возможно, скоро будет использован также для определения эталонной величины килограмма.

Профессор Рудольф Ремер с физического отделения Университета Уорвика сказал так: "Для нас это очень значительный шаг – мы действительно впервые видим отдельные квантово-механические волновые функции электронов в реальных материалах. На первый взгляд это может показаться далеким от повседневной жизни. Однако на обсуждаемый сегодня вопрос, что такое килограмм (эталон), можно получить ответ в расстояниях между кольцами уровней Ландау - они действуют, как своего рода маркер для определения универсального веса".

К слову сказать, сравнительно недавно в 2009 году группе американских ученых из Физической школы Технологического института Джорджии в Атланте совместно с коллегами из Гейтерсбергского Центра наноразмерных систем и технологий Национального института стандартов и технологий в Мэриленде удалось пронаблюдать около 20 уровней Ландау в графене.