Физики впервые увидели «отрицательное» преломление электронов

Физики впервые увидели «отрицательное» преломление электронов

Физики из США и Японии впервые напрямую «увидели» преломление электронов под отрицательными углами — явление, аналогичное поведению света в средах с отрицательным коэффициентом преломления. Необычный физический эффект наблюдался в графене, слое графита толщиной в один атом. По словам ученых, с его помощью можно добиться создания «электронных линз» на чипе, которые помогут сделать миниатюрными электронные микроскопы. Исследование опубликовано в журнале Science, кратко о нем сообщает пресс-релиз Университета Колумбии.

Когда волны (например, света) пересекают границу двух сред, происходит явление преломления. Оно связано с тем, что скорость распространения волн в разных средах отличается — это изменяет направление луча света. Подобное изменение скоростей описывается с помощью показателей преломления — соотношений между скоростью света в среде и вакууме. Угол, под которым преломляется луч света, определяется из отношения показателей преломления.

Около полувека назад советский физик Виктор Веселаго описал оптические свойства среды, у которой показатель преломления был бы отрицательным. Эта работа была чисто теоретической и предсказывала необычные свойства у таких объектов. Например, плоская пластинка из такого материала могла сфокусировать свет, испущенный точечным источником. Позднее оказалось, что создать материалы с отрицательным коэффициентом преломления сложно, но возможно.

Однако волновой природой обладают не только фотоны — кванты света. Точно так же, благодаря корпускулярно-волновому дуализму, могут вести себя электроны. Такую их природу можно увидеть, например, в двумерном электронном газе — ситуации, когда электроны могут свободно перемещаться внутри плоскости. При этом частицы двигаются по прямолинейным траекториям, не рассеиваясь — такое движение называется баллистическим.

Через два года другая группа физиков из Южной Кореи впервые разработала устройство, подобное линзе Веселаго. Ученые нашли косвенные свидетельства фокусировки электронов — эффект был слабым. Новая работа американских физиков впервые позволила надежно зафиксировать отрицательное преломление электронов и даже измерить соотношение между углами падения и отражения. Ключевым, по признанию авторов, стало теоретическое моделирование, проведенное по мотивам корейской работы, и разработка нового устройства.

Среди прочего, авторы выяснили, почему фокусировку в линзе Веселаго так трудно наблюдать. Оказалось, что большая доля электронов отражается от границы, если ее ширина превышает определенную критическую величину. Физики оценили ее в пять нанометров. Как отмечают ученые, новая разработка может лечь в основу электронно-оптических устройств, работающих при комнатной температуре.

Оптические среды с отрицательным показателем преломления интересны не только самим фактом фокусировки света, но и разрешающей способностью получаемых линз. Для классических оптических приборов разрешение ограничено длиной волны света — из-за этого оптические микроскопы не позволяют наблюдать детали объектов размером менее 100 нанометров. Линзы Веселаго позволяют обойти этот предел. Также для этих целей используют устройства из метаматериалов, способные преобразовывать эванесцентные волны света (экспоненциально затухающие с удалением от волновода) в распространяющиеся. В прошлом году физики из Университета Буффало создали веерообразную гиперлинзу, действующую по такому принципу, разрешение которой превзошло дифракционный предел.

Владимир Королёв

N+1

Похожие новости:
Физики увидели «нанозвезды» на фоне «сверхпроводящей вселенной»
Российские физики вместе с французскими коллегами впервые увидели возбужденные состояния вокруг единичных магнитных атомов железа. Они обнаружили, что магнитные атомы создают возмущения, которые выглядят как осциллирующие «нанозвезды» на фоне «сверхпроводящей вселенной». Результаты своих исследований авторы ..
2015-10-13 1589 0 Научные открытия
-1
Таинственный двухфотонный пик пропал из данных БАК
Физики из коллабораций ATLAS и CMS рассказали о последних результатах поисков частиц вне Стандартной модели на Большом адронном коллайдере. Ученые искали частицы, распадавшиеся на два фотона в данных, собранных за 2016 год. По словам представителей коллаборации ATLAS новые данные не подтверждают избыток ..
2016-08-07 1295 0 Научные открытия
0
Шведские физики изучили свойства нового 115-го элемента
Шведские физики смогли получить новый элемент произведя бомбардирование мишени америция с 95-ю протонами атомами кальция с 20-ю протонами. В результате такого столкновения ученые зафиксировали рождение ядер сверхтяжелого 115-го элемента. Новый элемент таблицы Менделеева ..
2013-08-28 2525 0 Научные открытия
0
Ученые показали танцующие атомы кремния
Физики из Национальной лаборатории Оук-Ридж запечатлели «танцующие» атомы кремния. Статью об этом ученые опубликовали в журнале «Nature» Краткое содержание статьи доступно, в пресс-релизе на сайте лаборатории. Там же размещено видео (.mov) «танца». Ученые продемонстрировали необычное поведение частиц, поместив ..
2013-04-4 1928 0 Научные открытия
2
Физики впервые увидели танцы электронов в молекуле
Впервые учёным удалось сфотографировать "танцы электронов" внутри молекулы. Разглядеть "объекты" на микроуровне исследователям помогла комбинация нескольких методов съёмки, пишет BBC News. Революционный прорыв совершили специалисты швейцарского исследовательского подразделения IBM (IBM Research Zurich), которые ранее ..
2012-02-27 2959 0 Научные открытия
0
Физики увидели предсказанные в 1929 году безмассовые фермионы
Физики сообщили об экспериментальном открытии так называемых фермионов Германа Вейля. Их существование было теоретически предсказано немецким физиком в 1929 году, а квазичастицы ученые обнаружили в ходе экспериментов с кристаллами. Результаты своих исследований ученые опубликовали в журнале Science. Вейлевские квазичастицы ..
2015-07-18 6596 0 Научные открытия
0
Японские физики освоили трёхмерную левитацию
Трое физиков из Токийского университета опубликовали на сайте препринтов arXiv.org свою статью, в которой описали разработанный ими метод левитации, осуществляемый в трёхмерном пространстве при помощи звуковых волн. По словам авторов исследования, эта технология — новое слово в звуковой левитации. Способов ..
2014-01-10 2138 0 Научные открытия
0
В алмазе увидели квантовый эффект Зенона
Древнегреческий мыслитель и математик Зенон Элейский известен своими логическими парадоксами. Один из них — Стрела Зенона — звучит следующим образом: "Летящая стрела неподвижна, так как в каждый момент времени она занимает равное себе положение, то есть покоится; поскольку ..
2013-08-22 2625 0 Научные открытия
0
Впервые Млечный Путь показывает детали миллиардов звёзд
Впервые, на изображении зафиксированном международной командой астрономов можно заметить более, чем один миллиард звёзд находящихся в «Млечном пути», сообщает «WordScience.org». Учёные создали цветную картину, объединяя изображения инфракрасного света, полученные с телескопов, расположенных в северном и южном полушариях. ..
2012-03-30 1406 0 Научные открытия
0
Учёные открыли тайну магнетизма нашей Вселенной
Учёные использовали лазер для создания магнитного поля, аналогичного тем, которые по их мнению могли принять участие в формировании первых галактик, сообщает «WordScience.org». Полученные результаты могли бы помочь разрешить загадку того, как наша Вселенная получила свой магнетизм. Магнитные ..
2012-03-25 1989 0 Научные открытия
0
Физики опустили температуру калия ниже абсолютного нуля
Немецкие физики создали квантовое облако атомов калия, распределение энергии в котором таково, что его температура имеет отрицательное абсолютное значение. Работа опубликована в журнале Science, а ее краткое содержание приводит ScienceNow. Температура тела отражает среднюю энергию его отдельных атомов или молекул. Обычно большинство ..
2013-01-7 1725 0 Научные открытия
1
Японские физики-ядерщики нашли магическое число
Японские ученые утверждают, что нашли новое так званое «магическое число» — ключ к определению, когда ядро атома становиться стабильным. В ядерной физике магические числа — ряд натуральных чётных чисел, соответствующих количеству нуклонов в атомном ядре, при котором ..
2013-10-16 3137 3 Научные открытия
2
Физики приблизили мир к промышленному термояду
Учёным Института ядерной физики (ИЯФ) Сибирского отделения РАН удалось разогреть термоядерную плазму до рекордной электронной температуры 400 электрон-вольт (4 499 726,85 градусов Цельсия). Это достижение – важный результат на пути к термоядерной энергетике, подтверждающий возможность создания нейтронных генераторов ..
2013-12-6 1829 0 Научные открытия
0
Физики впервые сделали зеркало из оптической материи
Физики впервые экспериментально продемонстрировали возможность создания зеркала из так называемой оптической материи - множества частиц, заключенных в оптические ловушки. Статья ученых появилась в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводится на сайте Phys.org. Объектом исследования выступали полистироловые ..
2014-01-21 1605 0 Научные открытия
0
Физики: механизм реакции ультрахолодных атомов
Результаты исследования физиков Университета штата Канзас помогли ученым точно предсказать ранее непредсказуемое. Юйцзюнь Ван, научный сотрудник Лаборатории Джеймса Р. Макдональда при Университете штата Канзас, и Поль Жюльенн из Университета Мэриленда теоретически спрогнозировали механизм химических ..
2014-08-27 1737 0 Научные открытия
0