エッジに住む電子は完璧な力を発揮することができます：ScienceAlert

正しい状況では、電子は導体の境界を超えて、導体の内側の深い場所で激しい出退勤と高いストレスのトラフィックから自由になる可能性があります。そこで、それらは抵抗のない一方向電流で簡単に円を回すことができます。

理論は前者の「エッジ状態」フローの背後にある基本原理を説明していますが、その利点を活用できるアプリケーションを開発するのに十分な理解は、小さくて瞬間的な動作のために困難であることが証明されています。

新しい研究では、マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究者たちは、電子に代わるために超低温ナトリウム原子雲を使用しました。これは、同様のエッジ状態効果と物理学を達成しながら研究するのに十分な長さと持続時間を提供します。詳細です。

「私たちの設定では、同じ物理学が原子でも発生しますが、ミリ秒とミクロンにわたって発生します。」 と言う 物理学者マーティン・ズビエルをライン。

「これは、我々がイメージを撮影し、原子価システムの端に沿って本質的に永遠に這うことを見ることができることを意味します.」

ホール効果と呼ばれるものによれば、磁場が電流に対して垂直に位置するときに電圧が発生する。そこに 量子バージョン 平らな2D空間では、電子が周囲の場を基準に円を描いて移動しても、これらの効果が現れます。

2D表面がある種の「位相的」物質の塊の端である場合、電子は正確な位置に蓄積され、量子物理学が予測したように量子化された方法で移動する必要があります。現象がよく見られるように、材料の特性を流れの速度および方向に結び付けるのは簡単ではない。 動作はフェムト秒（数千分の1秒）だけ持続するので、正しく研究することは事実上不可能です。

前者を研究する代わりに、この最新の調査の設定は約100万のナトリウム原子を含み、レーザーを使用して所定の位置に移動し、超低温状態に縮小されました。次に原子がレーザートラップの周りを拡大するようにシステム全体を操作した。

原子に作用する他の物理的力と組み合わせたこれらの回転は、エッジ状態の主な条件の1つをシミュレートしました。 磁場。その後、レーザー光のリングが導入され、材料のエッジとして機能しました。

原子が光の環に当たると、エッジ状態の電子から生じるように直線と一方向に移動する。研究者が導入した障害物でさえ、原子の経路を変えることはできませんでした。

「これらはボウルの中で非常に速く回転するビーズのようなものであると想像することができ、それらはボウルの端を回り続けています」 と言う Zwierlein。

「摩擦はありません。速度が遅くなることもなく、原価システムの残りの部分に漏れたり散乱することもありません。ただの美しく一貫した流れがあるだけです」

研究者は、エッジ状態の以前の理論的予測と一致するシステムの相互作用を観察することができ、この種の研究では、これらの原子が実際に電子に代わることができることを示唆しました。初期。

量子ホール効果などの現象は、超伝導性と熱損失なしで電気エネルギーをより効率的に伝達するという概念と密接に関連しています。これらの発見はまた、次の研究に役立ちます。 量子コンピュータ そして高度なセンサー。

「これは非常に美しい物理学の非常にクリーンな実装であり、私たちはこのエッジの重要性と現実を直接示すことができます。」 と言う MIT出身の物理学者リチャード・フレッチャー。

「自然な方向性は、システムに障害物や相互作用を導入することであり、ここで何を期待するのかがより不明瞭になります」

本研究は以下に出版された。 自然物理学。