Иридиевые нити продемонстрировали квантовые эффекты при комнатной температуре

Нанотехнологи из Университета Твенте впервые наблюдали квантовые эффекты в нановолокнах в самых обыкновенных условиях.

Открытие произошло случайно. Нанотехнологи, ведомые Гарольдом Зандвлиетом (Harold Zandvliet), при помощи самосборки атомов платины уже создавали нановолокна значительной длины, потенциально пригодные для использования в электронике. Поскольку золото и иридий по свойствам близки к платине, они считали, что без проблем воспроизведут результат и с этими материалами…

12.jpg Рис. 1. Стоячие волны электронов проводимости в иридиевых нанонитях либо порождали нити, равные половине длины своей волны (4,8 нм, слева), либо равные полной длине волны (9,6 нм, справа). (Здесь и ниже иллюстрации UT).

…Но если с золотом это и впрямь удалось, то иридиевые нановолокна почему-то отказывались собираться, распадаясь на коротенькие отрезки. Неудача? Без сомнения, да ещё какая, ведь даже причины столь странного поведения иридия оставались загадкой.

Но мозг недоумевает, а руки делают: экспериментаторы взялись измерить длину образовывавшихся чересчур коротких фрагментов и заметили удивительную вещь: все они либо были 4,8 нм в длину, либо имели кратный этой цифре показатель. То есть волокно иридия не просто самособиралось, а самособиралось с определённой длиной, всегда равной либо чётной точно двенадцати атомам в каждом нановолокне.

И вновь явление показалось донельзя странным. Теоретический анализ предоставил лишь один вариант, объясняющий подобное поведение. Всё дело, полагают учёные, в электронах проводимости, порождающих стоячие электронные волны, половина длины которых точно равна 4,8 нм, то есть размеру обрезка иридиевой нанонити.

Эти стоячие электронные волны удалось обнаружить в завершённых образцах при помощи спектроскопии, а спровоцировавшие их образование электроны проводимости — электроны, находящимися вблизи уровня Ферми, — рассеивались с двух концов нанонити. Именно их влиянию приписывается ограничение длины единичного отрезка таких нитей.

13.jpg Рис. 2. Да, эти нити не столь велики, как стандартные, достигающие микрометров, зато именно на них впервые были зафиксированы подобные эффекты, потенциально способные значительно продвинуть наше понимание особенностей сборки нановолокон.

Правда, в этом анализе есть одно, на первый взгляд, слабое место: самосборка нитей проводилась при комнатной температуре, никакого специального охлаждения не было.

Между тем стоячие электронные волны, по сути, имеют квантовую природу, и их наличие при температурах, столь далёких от абсолютного нуля, означает регистрацию квантовых эффектов в условиях, в которых современная физика считает их проявление невозможным. Очевидно, подобное происходит из-за предельной краткости процесса самосборки нановолокна.

В любом случае речь идёт об одном из самых высокотемпературных квантовых эффектов среди всех наблюдавшихся за всё время их изучения.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Communications.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.5 (24 votes)
Источник(и):

1. Университет Твенте

2. compulenta.ru