Anyons – การกระตุ้นแบบรวมกลุ่มเหมือนอนุภาคที่มีอยู่ในวัสดุ 2D บางชนิด – มีแนวโน้มที่จะรวมกลุ่มกันในตัวนำแบบสองมิติ พฤติกรรมนี้ซึ่งขณะนี้ได้รับการสังเกตโดยนักฟิสิกส์ที่ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ของ ENS (LPENS)และศูนย์นาโนศาสตร์และนาโนเทคโนโลยี (C2N)ในปารีส ประเทศฝรั่งเศส แตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับพฤติกรรมของอิเล็กตรอน และหลักฐานจากการทดลองคือ
สำคัญทั้งสำหรับฟิสิกส์พื้นฐานและสำหรับการพัฒนา
อุปกรณ์ในอนาคตที่อาจเกิดขึ้นจากควอซิอนุภาคที่แปลกใหม่เหล่านี้โลกสามมิติในชีวิตประจำวันประกอบด้วยอนุภาคมูลฐานสองประเภท: เฟอร์มิออนและโบซอน Fermions เช่นอิเล็กตรอน ปฏิบัติตามหลักการกีดกันของ Pauli ซึ่งหมายความว่าไม่มี Fermion สองตัวใดที่สามารถครอบครองสถานะควอนตัมเดียวกันได้ แนวโน้มที่จะหนีจากกันและกันนี้เป็นหัวใจของปรากฏการณ์ต่างๆ มากมาย รวมถึงโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม ความเสถียรของดาวนิวตรอน และความแตกต่างระหว่างโลหะ (ซึ่งนำกระแสไฟฟ้า) กับฉนวน (ซึ่งไม่มี) ในทางกลับกัน โบซอน เช่น โฟตอน มีแนวโน้มที่จะรวมกลุ่มกัน ซึ่งเป็นพฤติกรรมที่รวมกลุ่มกันซึ่งก่อให้เกิดพฤติกรรมของไหลยิ่งยวดและตัวนำยิ่งยวดเมื่อโบซอนจำนวนมากอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกัน
ภายในกรอบของกลศาสตร์ควอนตัม เฟอร์มิออนยังแตกต่างจากโบซอนตรงที่พวกมันมีฟังก์ชันคลื่นที่ไม่สมมาตร หมายความว่า เครื่องหมายลบ (นั่นคือ เฟส φ เท่ากับ π) ถูกนำมาใช้ทุกครั้งที่มีการแลกเปลี่ยนเฟอร์มิออนสองตัว ในทางตรงกันข้าม โบซอนมีฟังก์ชันคลื่นสมมาตรที่ยังคงเหมือนเดิมเมื่อมีการแลกเปลี่ยนโบซอนสองตัว (φ=0)
สถานการณ์ที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงใน 2Dอย่างไรก็ตาม ในระบบสองมิติ โบซอนและเฟอร์มิออนถูกรวมเข้าด้วยกันโดยอนุภาคมูลฐานชนิดอื่นที่แปลกใหม่กว่า ตัวอย่างเช่น ในตัวนำไฟฟ้า 2 มิติ อิเล็กตรอนมีปฏิกิริยาต่อกันอย่างรุนแรง และสามารถดูการเคลื่อนไหวร่วมกันได้ในแง่ของการเคลื่อนที่ของวัตถุพื้นฐานชนิดใหม่ที่เรียกว่า anyon
การดำรงอยู่ของใครก็ตาม – ซึ่งได้ชื่อมาจากข้อเท็จจริง
ที่ว่าพฤติกรรมของพวกเขาไม่เหมือนเฟอร์มิออนหรือเหมือนโบซอน – ถูกทำนายไว้ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 โดยนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี Frank Wilczek หลังจากนั้นไม่นาน นักฟิสิกส์อีกคนหนึ่ง Bert Halperin พบว่าทุกคนสามารถอธิบายลักษณะบางอย่างของเอฟเฟกต์ควอนตัมฮอลล์แบบเศษส่วนได้ ซึ่งอธิบายการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่อุณหภูมิต่ำในสนามแม่เหล็กแรงสูง จากนั้นในปี 1984 Dan Arovas, Bob Schrieffer และ Wilczek ได้พิสูจน์ว่าทฤษฎีที่ประสบความสำเร็จของเอฟเฟกต์ควอนตัมฮอลล์แบบเศษส่วนนั้นต้องการอนุภาคที่ไม่ใช่ทั้งโบซอนหรือเฟอร์มิออน
เช่นเดียวกับการมีประจุแบบเศษส่วนจาก fermions หรือ bosons ที่แตกต่างกัน ทุกคนก็ถูกคาดการณ์ว่าจะปฏิบัติตามสถิติควอนตัมที่แตกต่างกัน เพื่อตรวจสอบสถิติเหล่านี้ นักวิจัยได้พยายามคิดค้นการทดลองที่สามารถตรวจสอบว่าคุณสมบัติของกลุ่มอนุภาคได้รับผลกระทบอย่างไรเมื่อมีการแลกเปลี่ยนอนุภาคสองอนุภาค
ความพยายามก่อนหน้านี้มุ่งเน้นไปที่การวัดเฟสที่ปรากฏในฟังก์ชันคลื่นของ anyons โดยตรง เมื่อมีการแลกเปลี่ยนสองเฟสในอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ (อุปกรณ์ที่วัดความแตกต่างของเฟสระหว่างคลื่นสองคลื่น) อย่างไรก็ตาม จนถึงตอนนี้หัวหน้าทีมLPENS Gwendal Fèveกล่าวว่าการทดลองดังกล่าวได้พิสูจน์ให้เห็นถึงความยุ่งยากด้วยผลกระทบจากภายนอกที่รวมกันเพื่อปรับเปลี่ยนเฟสของฟังก์ชันคลื่นใดๆ ผลกระทบเหล่านี้ซึ่งเรียกรวมกันว่า decoherence มีแนวโน้มที่จะ “ชะล้าง” การรบกวนของควอนตัม และมีผลอย่างมากในระบบที่มีความสัมพันธ์กัน
มินิ “anyon collider”เพื่อเอาชนะปัญหาเหล่านี้ Fève
และเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาการทดลองการชนกันที่สามารถวัดสถิติควอนตัมของอนุภาค และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง การพิจารณาว่าอนุภาคขับไล่กันหรือรวมกันเป็นก้อน พวกเขาเริ่มต้นด้วยการใช้การมีเพศสัมพันธ์ที่อ่อนแอของอิเล็กตรอนระหว่างสองขอบในของเหลวควอนตัมฮอลล์แบบเศษส่วน (ในกรณีนี้คือตัวนำไฟฟ้า 2D ที่ทำจากแก๊สอิเล็กตรอน GaAs / AlGaAs) เป็นวิธีการปล่อยตัวใด ๆ แบบสุ่ม – สิ่งที่Fèveกล่าวว่าไม่ใช่ ง่ายที่จะทำ จากนั้นพวกเขาก็ชนกันบนตัวแยกลำแสงและวัดกระแสที่เอาต์พุต
ทุกคนสามารถถูกตรวจพบได้โดยใช้กล้องจุลทรรศน์สแกนอุโมงค์ทีม LPENS ได้สร้างเครื่องชนกันแบบย่อส่วนโดยใช้ชิปอิเล็กทรอนิกส์ที่ประดิษฐ์ขึ้นโดยเพื่อนร่วมงานที่ C2N เพื่อปกป้องคุณสมบัติควอนตัมของทุกคน พวกเขาเก็บตัวนำไฟฟ้า 2D บนชิปนี้ที่อุณหภูมิต่ำสุด 30 mK และสร้างการชนกันโดยใช้สนามแม่เหล็กแรงสูง (13 เทสลา) ในแนวตั้งฉากกับตัวนำ
ในสนามแม่เหล็กที่สูงเช่นนี้ อิเล็กตรอนทั้งหมดในแก๊สอิเล็กตรอนแบบ 2 มิติจะมีระดับพลังงานเท่ากัน และปฏิกิริยาของพวกมันจะรุนแรงมาก สิ่งนี้นำไปสู่การเกิดขึ้นของสิ่งที่เรียกว่า “อาเบเลียน” ซึ่งคาดว่าจะปรากฏเมื่อ ν ซึ่งเป็นเศษส่วนของระดับพลังงานที่เติมด้วยอิเล็กตรอน เท่ากับ 1/3, 1/5 เป็นต้น (นั่นคือ เศษส่วนทั้งหมดของ 1/m โดยที่ m เป็นจำนวนเต็มคี่) Fève กล่าว สำหรับ ν=1/3 เป็นที่ทราบกันว่ามีประจุที่เป็นเศษส่วนของ e/3 (โดยที่ e คือประจุของอิเล็กตรอน) และเป็นไปตามสถิติที่เป็นเศษส่วน ฟังก์ชันคลื่นของพวกมันรับเฟส φ= π/3 เมื่อมีการแลกเปลี่ยนกันสองตัว นำไปสู่พฤติกรรมที่อยู่ตรงกลางระหว่างเฟอร์มิออนและโบซอน
การวัดความสัมพันธ์ในปัจจุบันนักวิจัยวัดความสัมพันธ์ในกระแสไฟฟ้าโดยการวัดกระแสที่เอาต์พุตสองตัว (ติดป้าย 1 และ 2) ของตัวแยกลำแสงในการทดลองการชนกัน พวกเขาขยายกระแสเหล่านี้ – แสดงโดย i 1 (t)และ i 2 (t) – โดยใช้แอมพลิฟายเออร์แช่แข็งแบบกำหนดเองเนื่องจากลายเซ็นมีขนาดเล็กมาก จากนั้นพวกเขาก็แปลงเป็นดิจิทัล คำนวณผลคูณของกระแสเอาต์พุตทั้งสอง i 1(t) xi 2(t)และหาค่าเฉลี่ยปริมาณนี้จากการชนกันจำนวนมาก
“สำหรับกระแสที่ไม่สัมพันธ์กัน ค่าเฉลี่ยของผลิตภัณฑ์ i 1(t) xi 2(t)ที่เราเขียน < i 1(t) i 2(t) > เท่ากับผลคูณของกระแสเฉลี่ย < i 1(t ) ><i 2(t) >” เฟฟอธิบาย “ในกรณีที่เกิดการชนกันระหว่างบุคคล เราวัดความสัมพันธ์เชิงลบ หมายความว่า <i 1(t) i 2(t) > น้อยกว่า < i 1(t) ><i 2(t) >”
Credit : hyperkinky.net imichaelkorsfactorys.com iskandarpropertytube.com italianpoetryreview.net jackpinebobcary.net
