Поляризация возникает, когда волны, такие как электромагнитные или световые, вращаются. Электромагнитные поля, называемые микроволнами, имеют вращающееся электрическое поле, которое вращается по или против часовой стрелки, и большинство теорий предсказывают, что микроволны будут влиять на вращение электронов. И все же экспериментальные исследования показали, что на электроны, похоже, не влияет микроволновая поляризация. Эти опровергающие теорию результаты давно озадачивали физиков.
Новое исследование, проведенное учеными из Окинавского института науки и технологий аспирантуры (OIST), может объяснить это несоответствие. В своей работе исследователи OIST измерили электрический ток в двумерной плоскости.
Изменив поляризацию микроволн, исследователи смогли показать, что поляризация действительно влияет на движение электронов. Их результаты были опубликованы в Physical Review Letters.«Естественно ожидать, что эффект будет наиболее сильным, когда и электроны, и микроволновые поля вращаются в одном направлении, и сильно уменьшится, когда направления их вращения противоположны», — сказал Денис Константинов, старший автор этой статьи и руководителя. отдела квантовой динамики OIST.
Это действительно то, что обнаружили Константинов и его команда.Команда из OIST сотрудничала в исследовании с исследователями из Физико-технического института низких температур в Украине. В то время как коллега из Украины разработал математическую основу для проверки ведущих теорий в рамках исследовательской системы, ученые из OIST проверили их экспериментально.
В предыдущих экспериментах движение электронов изучалось в твердотельных материалах, таких как полупроводники. Но эти материалы содержат примеси, которые невозможно удалить и которые могут помешать результатам. Таким образом, исследователи создали систему, которая точно имитирует функцию полупроводника, используя жидкий гелий. Он состоит из электронов на поверхности жидкого гелия, заключенного в вакуумную камеру и охлаждаемого до температуры, близкой к абсолютному нулю — примерно -273 по Цельсию.
«В твердом состоянии нет ничего идеального, — сказал Константинов. «Вот почему наша система хороша — теперь мы можем устранить все эти примеси и дефекты».Гелий обладает уникальной способностью: он остается жидкостью даже при температурах, достигающих абсолютного нуля.
Между тем, любые другие соединения (примеси внутри гелия) замерзают, прилипая к стенкам его контейнера. По словам Константинова, при такой низкой температуре электроны на поверхности гелия «квантуются» — движение электронов перпендикулярно жидкости «вымораживается» в двумерном пространстве.В этой системе, когда исследователи направили микроволны с круговой поляризацией вниз через этот слой электронов и заставили электроны вращаться в том же направлении, что и вращение микроволнового поля, измеренный ток электронов начал колебаться с приложенным магнитным полем. Когда они изменили вращение электронов на противоположное, изменив направление магнитного поля, колебания значительно ослабли.
Исследователи наблюдали то же поведение, изменив направление вращения микроволнового поля на противоположное, сохранив при этом вращение электронов неизменным.Это означает, что на электроны действительно влияет поляризация этих электромагнитных волн.
Тем не менее, еще предстоит проделать большую работу, чтобы понять, почему именно эти частицы ведут себя именно так, сказал Алексей Задорожко, первый автор статьи и постдокторский исследователь в OIST.«На данный момент мы еще не можем указать, какая из многих теорий является основной», — сказал он. «Наш следующий шаг — более детальное изучение этого».