Electronii folosesc o "insulă"pentru a sări peste un "pârâu"

Fizicienii americani au o nouă perspectivă asupra modului în care electronii pot trece prin barierele de energie pe baza mecanicii cuantice.

Cunoscut sub numele de tunneling, acest comportament poate fi comparat cu o minge care trece printr-o fereastră închisă fără a o sparge, şi nu poate fi explicat de fizică clasică.

În timp ce manevrau mediul electronilor prinşi în actul de tunneling, printr-un nanotub de carbon şi două fire electrice, echipa a creat în mod neaşteptat o tranziţie cuantică de fază (QPT) - o schimbare bruscă în starea sistemului.

"Există foarte puţine exemple în care tranziţiile cuantice de fază se pot observa în mod direct şi controlabil", a declarat co-autorul studiului, Harold Baranger de la Universitatea Duke, într-un comunicat mass-media. "Asta este ceea ce e interesant aici."

QPT-urile apar la temperaturi foarte scăzute, în jurul a zero grade Kelvin, de obicei când numeroase particule colective îşi modifică proprietăţile.

Cercetătorii căutau dovezi pentru o acţiune de tunneling rezonant, când electronii care treceau între cele două fire electrice săreau pe nanotuburi.

"Tunneling-ul este ca şi cum ai sări peste un pârâu", a explicat Baranger, asemănând tunneling-ul rezonant cu o piatră sau "o insulă mică – nivelul de rezonanţă din interiorul nanotubului – unde îţi poţi pune piciorul pentru o scurtă perioadă."

Echipa a studiat cât de uşor se mişcă electronii prin nivelul de rezonanţă din nanotuburi la temperaturi extrem de scăzute. La cele două capete ale firelor electrice "senzaţia este asemănătoare cu nişte maluri mlăştinoase ale pârâului, având nevoie de mai multă energie pentru salt", a spus autorul principal al studiului, Gleb Finkelstein, în comunicat.

Când "insula" rezonantă a fost centrată între cele două "maluri", electronii au sărit între ele. Cu toate acestea, când a fost introdusă o asimetrie, insula fiind situată mai aproape de unul dintre maluri, electronii au rămas asociaţi firelor.

Acest sistem ce se poate acorda, în care mai mulţi parametri sunt controlabili, poate fi folosit pentru a testa o serie de medii în care pot avea loc QPT-uri.

Rezultatele echipei vor fi publicate în revista Nature.