Обнаружено, что электрон-фононные взаимодействия в кристаллах квантуются фундаментальной константой
Исследование, опубликованное в журнале Chemical Physics Impact под руководством Масаэ Такахаси из Университета Тохоку, показывает, что сила электрон-фононной связи всегда является целым кратным постоянной тонкой структуры, умноженной на постоянную Больцмана. Другими словами, в ходе каждого взаимодействия передаётся примерно одна из 137 частей энергии фонона. Высокая точность измерений электрон-фононной связи была достигнута благодаря передовой терагерцовой спектроскопии, которая исследует колебания в диапазоне энергий от инфракрасного до микроволнового. Данное исследование раскрывает универсальное квантовое правило, управляющее взаимодействием электронов с колебаниями решетки внутри кристаллов.
Рис. 1. Графическая аннотация. Источник: Chemical Physics Impact (2025). DOI: 10.1016/j.chphi.2025.100977
Учёные проследили происхождение этого явления до процесса, напоминающего комптоновское рассеяние, где электроны сталкиваются не напрямую с фононами, а с фотонами, испускаемыми фононами. Это понимание объясняет, почему передача энергии масштабируется пропорционально α в первой степени, а не α², как в спин-орбитальных взаимодействиях.
Рис. 2. Свет (фотоны), испускаемый фононами, взаимодействует с вибрирующими электронами в кристалле, что можно наблюдать в терагерцовом спектре справа. Автор: Масаэ Такахаши
