Naučnici su sproveli eksperimente koji pokazuju da inercija elektrona može formirati ‘tornadoe’ unutar kvantnog polumetala. Ova otkrića otvaraju vrata novim tehnologijama, kao što su orbitronika i spintronika. Istraživanje je objavljeno u časopisu Physical Review X.
Fizičari u Nemačkoj su sproveli eksperimente koji pokazuju da inercija elektrona može formirati ‘tornadoe’ unutar kvantnog polumetala. Analiza ponašanja elektrona u materijalu zvanom tantalum arsenid otkriva vortekse. Ova otkrića su značajna jer otvaraju mogućnosti za razvoj novih elektronskih tehnologija.
Ono što je posebno zanimljivo jeste da se ovi elektroni ne vrte u fizičkom prostoru, već u kvantnom „zamućenju“ mogućnosti poznatom kao prostor momenta. Umesto da prikazuje potencijalne lokacije čestica, prostor momenta opisuje njihovo kretanje kroz energiju i pravac.
Slični vorteksi su ranije primećeni u prostoru pozicije. Merenjem vrednosti momenta elektrona i njihovim prikazivanjem na trodimenzionalnom grafu, pojavljuje se upečatljiv obrazac vorteksa. Ova otkrića mogu otvoriti put za potpuno novu vrstu elektronike.
Istraživanje je sprovedeno na intrigantnom kristalu polumetala zvanom tantalum arsenid. U ovom materijalu prvi put je pronađen dugo predviđeni Weyl fermion, čestica bez mase koja funkcioniše kao super-efikasan elektron. Njeno otkriće zahtevalo je posebna kvantna svojstva tantalum arsenida.
Naučnici iz istraživačkog centra pod nazivom Complexity and Topology in Quantum Matter (ct.qmat) u Nemačkoj koristili su tehniku pod nazivom spektroskopija fotoemisionih uglova (ARPES) na uzorku tantalum arsenida. „ARPES je osnovni alat u eksperimentalnoj fizici čvrstog stanja. Uključuje osvetljavanje uzorka materijala, ekstrakciju elektrona i merenje njihove energije i ugla izlaska,“ objašnjava Maksimilijan Unzelman, eksperimentalni fizičar sa Univerziteta u Vürcburgu.
Svako posmatranje daje dvodimenzionalni snimak elektrona u materijalu. Da bi potvrdili da se kvantni tornadoi formiraju u ovom području, tim je morao da složi svako merenje u 3D model, poput CT skeniranja. Rezultat je šaren model koji jasno prikazuje strukturu vorteksa.
„Analizirali smo uzorak sloj po sloj, slično kao što funkcioniše medicinska tomografija,“ kaže Unzelman. „Sastavljanjem pojedinačnih slika, uspeli smo da rekonstruišemo trodimenzionalnu strukturu orbitalnog uglovnog momenta i potvrdimo da elektroni formiraju vortekse u prostoru momenta.“
Tim smatra da bi dalji rad mogao dovesti do ne samo efikasnije elektronike, već i do potpuno nove klase uređaja poznatih kao orbitronika. Ova tehnologija bi mogla raditi zajedno sa još jednim potencijalnim naslednikom elektronske tehnologije – spintronicom, koja kodira informacije u spinu elektrona.
