Nature: Ученые впервые увидели квантовую бабочку
Исследователи из Принстонского университета впервые зафиксировали квантовый фрактал, известный как «бабочка Хофштадтера». Этот узор, предсказанный учёным Дугласом Хофштадтером в 1976 году, представляет собой сложную самоповторяющуюся структуру, формируемую энергиями электронов в специфических квантовых материалах. Открытие было опубликовано в научном журнале Nature.
Фракталы, которые характеризуются самоподобием на различных масштабах, можно встретить в природе, например, в снежинках или папоротниках. Однако в квантовой физике такие структуры наблюдаются крайне редко. Хофштадтер предположил, что электроны в двумерных кристаллах, находящихся под воздействием сильного магнитного поля, могут создавать фрактальный спектр, похожий на узор крыльев бабочки.
Несмотря на то, что ранее существовали теоретические основания для его существования, ученым не удавалось непосредственно наблюдать этот эффект. Недавний прорыв стал возможен благодаря современным инженерным технологиям, позволяющим контролировать расположение атомов углерода в материале. Ученые случайно создали уникальный узор, сложив два слоя графена под определённым углом, что открыло новые возможности для изучения электронных состояний.
Профессор Али Яздани, возглавляющий исследование, отметил, что хотя ранее эти кристаллы изучались, их энергетический спектр оставался недоступным для наблюдения. Команда не ставила целью обнаружить «бабочку Хофштадтера», а исследовала сверхпроводимость графеновых структур. Однако это «случайное» расположение атомов оказалось идеальным для визуализации фрактального энергетического спектра.
Кевин Накколс, один из авторов работы, добавил, что иногда природа сама подсказывает, где искать. Ученые применили сканирующий туннельный микроскоп, который позволил измерить энергию отдельных электронов, что обеспечило прямое наблюдение структуры энергетических уровней.
Фракталы, которые характеризуются самоподобием на различных масштабах, можно встретить в природе, например, в снежинках или папоротниках. Однако в квантовой физике такие структуры наблюдаются крайне редко. Хофштадтер предположил, что электроны в двумерных кристаллах, находящихся под воздействием сильного магнитного поля, могут создавать фрактальный спектр, похожий на узор крыльев бабочки.
Несмотря на то, что ранее существовали теоретические основания для его существования, ученым не удавалось непосредственно наблюдать этот эффект. Недавний прорыв стал возможен благодаря современным инженерным технологиям, позволяющим контролировать расположение атомов углерода в материале. Ученые случайно создали уникальный узор, сложив два слоя графена под определённым углом, что открыло новые возможности для изучения электронных состояний.
Профессор Али Яздани, возглавляющий исследование, отметил, что хотя ранее эти кристаллы изучались, их энергетический спектр оставался недоступным для наблюдения. Команда не ставила целью обнаружить «бабочку Хофштадтера», а исследовала сверхпроводимость графеновых структур. Однако это «случайное» расположение атомов оказалось идеальным для визуализации фрактального энергетического спектра.
Кевин Накколс, один из авторов работы, добавил, что иногда природа сама подсказывает, где искать. Ученые применили сканирующий туннельный микроскоп, который позволил измерить энергию отдельных электронов, что обеспечило прямое наблюдение структуры энергетических уровней.
Ссылки по теме:
Отар Кушанашвили поделился переживаниями о клинических смертях
Новый вагон в поездах Москва-Петербург: комфорт и индивидуальность
Аэропорт Пулково возобновляет полеты после снятия ограничений
Иран представил США 14 пунктов для завершения конфликта
Киев под атакой: беспилотники и звуки стрельбы в столице
