Polarisering har stor indflydelse på elektroner, viser undersøgelse

Bevægelsen af ​​tusindvis af elektroner ligger til grund for elektronik. Endnu, allestedsnærværende som elektroner er, detaljerne i deres opførsel fortsætter med at støde fysikere. Et fænomen har vist sig at være særligt gådefuldt:hvordan elektroner bevæger sig under påvirkning af polariserede elektromagnetiske bølger.

Polarisering opstår, når bølger såsom elektromagnetiske eller lysbølger roterer. Elektromagnetiske felter kaldet mikrobølger har et roterende elektrisk felt, der drejer med eller mod uret, og de fleste teorier forudsiger, at mikrobølger vil påvirke rotationen af ​​elektroner. Og stadigvæk, eksperimentelle undersøgelser har vist, at elektroner synes at være upåvirket af mikrobølgepolarisering. Disse teori-trodsende resultater har længe forvirret fysikere.

En ny undersøgelse foretaget af forskere ved Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) kan forklare denne forskel. I arbejdet, OIST-forskerne målte elektrisk strøm over et todimensionalt plan. Ved at ændre polariseringen af ​​mikrobølger, forskerne var i stand til at vise, at polarisering faktisk påvirker elektronernes bevægelse. Deres resultater blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve .

"Det er naturligt at forvente, at effekten vil være stærkest, når både elektroner og mikrobølgefelter roterer i samme retning, og vil blive stærkt reduceret, når deres rotationsretninger er modsatte, " sagde Denis Konstantinov, seniorforfatter på det papir og leder af OIST's Quantum Dynamics Unit. Det er faktisk, hvad Konstantinov og hans team fandt.

Holdet fra OIST samarbejdede om undersøgelsen med forskere ved Institute of Low Temperature Physics and Engineering i Ukraine. Mens en kollega i Ukraine udviklede en matematisk ramme til at teste førende teorier inden for forskernes rammer, forskere ved OIST testede dem eksperimentelt.

I tidligere forsøg, elektronernes bevægelse blev studeret i faststofmaterialer såsom halvledere. Men disse materialer indeholder urenheder, som er umulige at fjerne, og som kan forstyrre resultaterne. Så forskerne skabte et system, der nøje efterligner funktionen af ​​en halvleder ved at bruge flydende helium. Det består af elektroner på overfladen af ​​flydende helium indesluttet i et vakuumkammer og afkølet til temperaturer tæt på det absolutte nulpunkt - omkring -273 Celsius.

"Intet er ideelt i fast tilstand, " sagde Konstantinov. "Det er derfor vores system er pænt - nu kan vi fjerne alle disse urenheder og defekter."

Helium har en unik evne:det forbliver en væske, selv i temperaturer, der når det absolutte nulpunkt. I mellemtiden alle andre forbindelser (urenheder i helium) fryser, klamrer sig til væggene i sin beholder. Ved så lav temperatur, elektronerne på heliums overflade bliver "kvantificerede" - elektronernes bevægelse vinkelret på væsken "fryses ud" i et todimensionelt rum, sagde Konstantinov.

I dette system, da forskerne sendte cirkulært polariserede mikrobølger ned gennem dette lag af elektroner og fik elektronerne til at rotere i samme retning som mikrobølgefeltets rotation, den målte strøm af elektroner begyndte at oscillere med det påførte magnetfelt. Når de vendte elektronernes rotation ved at skifte retningen af ​​magnetfeltet, svingningen væsentligt svækket. Forskerne observerede den samme adfærd ved at vende omdrejningsretningen af ​​mikrobølgefeltet, mens rotationen af ​​elektronerne blev uændret.

Det betyder, at elektroner faktisk påvirkes af polarisering af disse elektromagnetiske bølger. Stadig, mere arbejde skal gøres for at forstå, hvorfor netop disse partikler opfører sig, som de gør, sagde Oleksiy Zadorozhko, første forfatter på papiret og en postdoc-forsker ved OIST.

"I øjeblikket kan vi endnu ikke pege på, hvilken af ​​de mange teorier, der er den primære, " sagde han. "Vores næste skridt er en mere detaljeret undersøgelse af dette."