Holografisk billede af et sort hul foreslået i en grafenflage

Fysikere har teoretisk vist, at ved at påføre et magnetfelt på en lille, uregelmæssigt formet grafenflage, flagen bliver et kvantehologram af et sort hul. Det betyder, at grafenflagen genskaber den rumlige struktur og karakteristiske egenskaber af et sort hul, men i en meget mindre, lavere dimensionelle system.

Fysikerne, Anffany Chen og medforfattere fra institutioner i Canada, Israel, England, og USA, har udgivet et papir om grafen kvantehologrammet i et nyligt nummer af Fysisk gennemgangsbreve .

"Vi viser, at et ret allestedsnærværende og velstuderet materiale - grafen - kan opføre sig på nye og spændende måder under visse forhold, "medforfatter Marcel Franz, en fysikprofessor ved University of British Columbia, fortalte Phys.org . "Specielt, elektronerne i en flage af grafen i nanoskala med en uregelmæssig grænse og i et påført magnetfelt kunne realisere den såkaldte Sachdev-Ye-Kitaev (SYK) model."

Som fysikerne forklarer, SYK-modellen illustrerer en type "holografisk dualitet, "hvor et højere dimensionelt system (her, et sort hul i (1+1)-dimensional rumtid) kan repræsenteres af et lavere-dimensionelt system (i dette tilfælde, elektronerne i grafen, som optager en (0+1)-dimensionel rumtid).

Typen af ​​holografisk dualitet illustreret af SYK-modellen er særlig interessant, fordi den udviser nogle af signaturegenskaberne for sorte huller, såsom ikke-nul resterende entropi og kvantekaos-udbredelse. Det kan også hjælpe med at besvare grundlæggende spørgsmål om sammenhængen mellem kvantemekanik og tyngdekraft.

"SYK-modellen er af stor interesse for fysikere i dag, fordi den menes at indeholde en holografisk beskrivelse af et kvantesort hul, " sagde Franz. "Nogle af de mest gådefulde mysterier i moderne fysik ligger i grænsefladen mellem Einsteins generelle relativitetsteori (en teori, der beskriver rumtid, tyngdekraft og sorte huller) og kvantemekanik (en teori, der beskriver mikroskopiske fænomener, elektroner, atomer, etc). En bedre forståelse af SYK-modellen kunne derfor kaste lys over disse grundlæggende spørgsmål."

I modsætning til andre systemer, der er blevet foreslået for at demonstrere SYK-modellen, den nye kvantefase af grafen kræver ingen avancerede fremstillingsteknikker og bør kunne realiseres ved hjælp af eksisterende teknologi. De vigtigste krav er, at grafenflagen har en meget uregelmæssig grænse og et rent indre, således at elektronbølgefunktionerne har en tilfældig rumlig struktur, som giver de nødvendige betingelser for at realisere hologrammet af et sort hul.

"Vi arbejder i øjeblikket på at forstå grafenflagens transportegenskaber i SYK-regimet, " sagde Franz. "Mere generelt, vi håber, at vores teoretiske resultater vil motivere eksperimentel til at studere grafenflager af den type, der kræves for at producere SYK-fysikken, og vi er klar til at yde teoretisk støtte til enhver sådan indsats."

© 2018 Phys.org