Замечено, что электрон распадается на две отдельные части, каждая из которых несет в себе определенное свойство электрона: спинон, несущий его спин - свойство, заставляющее электрон вести себя как крошечная стрелка компаса, - и орбитон, несущий свою орбитальную момент - который возникает из-за движения электрона вокруг ядра. Однако эти вновь созданные частицы не могут покинуть материал, из которого они были созданы.
Этот результат сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature международной группой исследователей под руководством физиков-экспериментаторов из Института Пауля Шеррера (Швейцария) и физиков-теоретиков из IFW Дрездена (Германия).
Все электроны обладают свойством, называемым «спин», которое можно рассматривать как наличие крошечных магнитов на атомном уровне и которое, таким образом, порождает магнетизм материалов. Кроме того, электроны вращаются вокруг ядер атомов по определенным траекториям, так называемым электронным «орбиталям». Обычно оба этих квантовых физических свойства (спиновое и орбитальное) приписываются каждому конкретному электрону. В ходе эксперимента, проведенного в Институте Пауля Шеррера, эти свойства теперь были разделены.
Рентгеновские лучи расщепляют электрон на спинон и орбитон
Распад электрона на две новые частицы был получен из измерений соединения оксида меди Sr2CuO3 This Отличительной особенностью материала является то, что частицы в нем вынуждены двигаться только в одном направлении, либо вперед, либо назад. С помощью рентгеновских лучей ученые подняли часть электронов, принадлежащих атомам меди в Sr2CuO3, на орбитали более высокой энергии, соответствующие движение электрона вокруг ядра с большей скоростью. После этой стимуляции рентгеновскими лучами электроны разделились на две части. Одна из созданных новых частиц, спинон, несет спин электрона, а другая, орбитон, - повышенную орбитальную энергию. В этом исследовании впервые было обнаружено, что фундаментальный спин и орбитальный моменты отделяются друг от друга.
В эксперименте рентгеновские лучи швейцарского источника света (SLS) направляются на Sr2CuO3 Путем сравнения по свойствам (энергии и импульсу) рентгеновских лучей до и после столкновения с материалом можно проследить свойства новообразованных частиц. «Эти эксперименты требуют не только очень интенсивного рентгеновского излучения с чрезвычайно четко определенной энергией, чтобы воздействовать на электроны атомов меди, - говорит Торстен Шмитт, глава экспериментальной группы, - но и чрезвычайно высокоточных измерений. Детекторы рентгеновского излучения. В этом отношении SLS в Институте Пауля Шеррера на данный момент лидирует в мире».
Расщепление электронов встречается во многих материалах
«Некоторое время было известно, что в некоторых материалах электрон в принципе может быть расщеплен, - говорит Йерун ван ден Бринк, руководитель теоретической группы в IFW Dresden, - но до сих пор эмпирические доказательств этого разделения на независимые спиноны и орбитоны не было. Теперь, когда мы знаем, где именно их искать, мы обязательно найдем эти новые частицы во многих других материалах».
Результаты могут помочь понять высокотемпературную сверхпроводимость
Наблюдение расщепления электрона также может иметь важное значение для другой современной области исследований - области высокотемпературной сверхпроводимости. Из-за сходства поведения электронов в Sr2CuO3 и в сверхпроводниках на основе меди понимание того, как электроны распадаются на другие типы частицы в этих системах могут предложить новые пути к улучшению нашего теоретического понимания высокотемпературной сверхпроводимости.