Elektrodynamiikan visualisointi nestemäsellä heliumilla

Professori Aneta Stefanovskan Lancasterin yliopistossa johtama kansainvälinen ryhmä on havainnut, kuinka elektronit voivat liukua nopeasti edestakaisin kvanttipinnan poikki ulkoisten voimien ohjaamana.

Physical Review B:ssä julkaistu tutkimus on mahdollistanut elektronien liikkeen visualisoinnin nestemäisessä heliumissa ensimmäistä kertaa.

Tehdyissä kokeissa havaittiin epätavallisia värähtelyjä, joiden taajuudet vaihtelivat ajallisesti. Vaikka oli epäselvää, kuinka elektronit liikkuivat pimeässä ja äärimmäisessä kylmässä kryostaatin pohjalla, oli ilmeistä, että aikavaihtelut olivat hyvin samanlaisia kuin elävissä järjestelmissä.

Professori Kimitoshi Kono sanoi: ”Hyvin alhaisissa lämpötiloissa nestemäisen heliumin pinta on poikkeuksellisen liukas paikka. Siellä tapahtuu mielenkiintoisia asioita, ja se on tärkeää, koska kvanttilaskennalla on potentiaalia käyttää heliumin pinnalla olevia elektroneja.

"Tällaiset elektronit liikkuvat erittäin helposti, koska liukas pinta on alla ja tyhjiö yläpuolella, joten mikään ei hidasta niitä."

Data-aineisto analysoitiin Lancasterin yliopistossa käyttämällä professori Aneta Stefanovskan ja hänen ryhmänsä kehittämiä pääasiassa biologisiin sovelluksiin käytettyjä menetelmiä.

Työ on mahdollistanut elektronien liikkeen visualisoinnin osoittaen, kuinka ne liukuvat osittain pyöreinä ja osittain säteittäisinä liikekuvioissa tyhjiössä nesteen pinnan yläpuolella. Analyysin paljastama lisäkomplikaatio on, että pinta itsessään liikkuu kevyesti ylös-alas pystysuorassa liikkeessä. Lisäksi hänen tulokset osoittavat kvanttidynamiikan ja klassisen dynamiikan yhdistelmän.

Professori Stefanovska sanoi: "Näiden ominaisuuksien ymmärtäminen on tärkeää käytännön sovelluksissa fysiikan, biotieteiden ja jopa sosiologian alueilla.

Tutkimusraportissaan tutkijat osoittavat, että heliumin pinnalla olevat hitaat painovoima-aallot moduloivat elektronista värähtelykäyttäytymistä ja osoittavat, että malli itse asiassa tuottaa kolmiulotteisen dynamiikan.

Elektronien liikkeen nestemäisen heliumin pinnalla on osoitettu olevan paradigmaattinen esimerkki kronotaksisesta järjestelmästä, eli järjestelmästä, joka käy läpi jatkuvaa häiriötä, mutta joka kuitenkin pystyy säilyttämään vakautensa.

Aiheesta aiemmin:

Helium ja kvanttitietotekniikka