Американским физикам, похоже, удалось решить проблему так называемых тяжелых электронов, возникающих в некоторых соединениях металлов. По их мнению, они представляют собой составные объекты из двух форм электрона, пребывающих в состоянии квантовой запутанности. Это открытие поможет людям наконец-то создать высокотемпературные сверхпроводники.
Следует заметить, что так называемые тяжелые электроны были открыты учеными еще в 70-х годах прошлого века. Для того чтобы понять, что это за электроны такие, нужно вспомнить о том, какое строение имеют металлы на атомарном уровне. Они состоят из кристаллической решетки, в узлах которой располагаются ионы, а между ними находятся так называемые свободные электроны. Именно последние и определяют многие физические свойства металлов (например, их способность проводить электрический ток или намагничиваться).
Так вот, логично предположить, что, взаимодействуя друг с другом и с ионами кристаллической решетки, свободные электроны меняют свойства металла в целом. И для того чтобы учитывать это взаимодействие, физики ввели некую количественную характеристику — эффективную массу. Все это было бы ничего, однако, когда стали рассчитывать эту самую эффективную массу, то выяснилось, что в некоторых металлических соединениях она может в 1000 раз превышать массу свободного электрона (которая, как мы помним, равняется 9,1·10-3 кг).
Именно так и родилось понятие “тяжелые электроны”. Интересно, что за все то время, что прошло с момента их открытия, этот эффект никто из ученых не смог объяснить. Правда, выяснилось, что эти электроны образуются на f-орбиталях, то есть могут возникать только в соединениях тяжелых металлов.
Более того, физики выяснили, что у ряда веществ, где наблюдались тяжелые электроны, удельная теплоемкость и магнитная восприимчивость (то есть способность вещества намагничиваться в магнитном поле) оказались в несколько сот раз больше, чем у обычных металлов. А другие подобные соединения при низких температурах перешли в сверхпроводящее состояние.
Итак, наличие этих самых тяжелых электронов явно изменяет свойство вещества, и причем достаточно радикально. Но почему это происходит? Для того чтобы ответить на этот вопрос, нужно понять одну важную вещь: а, собственно говоря, что представляет из себя этот тяжелый электрон? Каковы его особенности и фундаментальные свойства? Долгое время ученые не могли получить ответов на эти вопросы. Однако недавно в этой области физики обозначился явный прогресс.
В начале этого месяца группа американских исследователей из университета Макмастера, Корнельского университета, Брукэйвенского отделения США по энергетике и Лос-Аламосской национальной лаборатории сделали попытку сфотографировать эти электроны. Ученые работали с соединением урана, рутения и кремния — Uru2Si2, имеющим весьма удобную для изучения кристаллическую решетку. Исследуемый образец охлаждался сначала до 55 Кельвинов (то есть до -218 градусов Цельсия), а затем и до температуры фазового перехода — 17,5 К. В работе применялся специально разработанный для данного исследования метод получения спектроскопических изображений сканирующей туннельной микроскопией (SI-STM).
По данным – pravda.ru
