Elektron 'kecepatan cahaya' bergerak dalam 4 dimensi ditemukan pertama kali: ScienceAlert

Perilaku elektron yang sulit dipahami akhirnya diisolasi dari aktivitas elektron biasa dalam material dunia nyata.

Sebuah tim fisikawan yang dipimpin oleh Ryohei Oka dari Universitas Ehime telah mengukur apa yang dikenal sebagai elektron Dirac dalam polimer superkonduktor yang disebut diethylenedithio-tetrathiavulvaline. Ini adalah elektron yang ada dalam kondisi yang membuatnya tidak bermassa, memungkinkannya berperilaku seperti foton dan berosilasi dengan kecepatan cahaya.

Para peneliti mengatakan penemuan ini akan memungkinkan pemahaman yang lebih baik tentang material topologi, yaitu material kuantum yang bertindak sebagai isolator elektronik di bagian dalam dan konduktor di bagian luar.

Superkonduktor, semikonduktor, dan material topologi semakin penting, terutama berkaitan dengan potensi penerapannya dalam komputer kuantum. Namun masih banyak yang belum kita ketahui tentang bahan-bahan ini dan bagaimana perilakunya.

Elektron Dirac mengacu pada elektron kuno yang umum dalam kondisi tidak biasa yang memerlukan dosis relativitas khusus untuk memahami perilaku kuantum. Di sini, campur tangan atom menempatkan sebagian elektronnya di ruang aneh yang memungkinkannya memantul di sekitar material dengan efisiensi energi yang sangat baik.

Persamaan tersebut dirumuskan dari persamaan fisikawan teoretis Paul Dirac hampir seabad yang lalu, dan sekarang kita mengetahui bahwa persamaan tersebut memang ada. Terdeteksi dalam grapheneDi samping Bahan topologi lainnya.

Namun, untuk memanfaatkan potensi elektron Dirac, kita perlu memahaminya dengan lebih baik, dan di sinilah fisikawan menghadapi tantangannya. Elektron Dirac hidup berdampingan dengan elektron standar, yang berarti sangat sulit mendeteksi dan mengukur satu spesies secara jelas.

Oka dan rekan-rekannya menemukan cara untuk melakukan hal ini dengan memanfaatkan properti yang disebut resonansi putaran elektron. Elektron adalah partikel bermuatan yang berputar; Distribusi muatan periodik ini berarti bahwa masing-masing menunjukkan a Dipol magnet. Oleh karena itu, ketika medan magnet diterapkan pada suatu material, ia dapat berinteraksi dengan spin elektron tidak berpasangan di dalamnya, sehingga mengubah keadaan spinnya.

Teknologi ini memungkinkan fisikawan mendeteksi dan memantau Elektron tidak berpasangan. Seperti yang ditemukan Oka dan peneliti lainnya, ini juga dapat digunakan untuk mengamati secara langsung perilaku elektron Dirac dalam di(ethylenedithio)-tetravaline, membedakannya dari elektron standar sebagai sistem putaran yang berbeda.

Tim menemukan bahwa untuk memahami sepenuhnya, elektron Dirac harus digambarkan dalam empat dimensi. Ada tiga standar dimensi spasial yaitu sumbu x, y, dan z; Lalu ada tingkat energi elektron, yang merupakan dimensi keempat.

“Karena struktur domain 3D tidak dapat dicitrakan dalam ruang 4D,” Para peneliti menjelaskan dalam makalah mereka“, “Metode analisis yang diusulkan di sini memberikan cara umum untuk memberikan informasi penting dan mudah dipahami tentang struktur pita yang tidak dapat diperoleh sebaliknya.”

Dengan menganalisis elektron Dirac berdasarkan dimensi tersebut, para peneliti dapat menemukan sesuatu yang belum kita ketahui sebelumnya. Kecepatan pergerakan mereka tidak konstan; Sebaliknya, hal ini bergantung pada suhu dan sudut medan magnet di dalam material.

Ini berarti bahwa kita sekarang memiliki bagian lain dari teka-teki yang membantu kita memahami perilaku elektron Dirac, yang dapat membantu memanfaatkan sifat-sifatnya dalam teknologi masa depan.

Penelitian tim telah dipublikasikan di Sediakan bahan.