Метод, основанный на использовании света, позволяет точно контролировать сверхбыстрый поток электронов в сканирующем туннельном микроскопе

Что потребуется, чтобы наблюдать за движением электрона в материале? Физикам необходимо увидеть отдельные атомы и зафиксировать движение электрона в невероятно короткие промежутки времени. Команда под руководством Техниона объединила эти две возможности в сканирующем туннельном микроскопе, используя тщательно сформированные лазерные импульсы для управления направлением потока электронов, сохраняя при этом пространственное разрешение на наномасштабном уровне. Исследование, проведенное под руководством Михаэля Крюгера с физического факультета Техниона и опубликованное в журнале Nature Photonics, основано на микроскопе с исключительно острым кончиком иглы. Когда кончик иглы подносится очень близко к поверхности, электроны могут пересекать зазор благодаря квантовому эффекту, называемому туннелированием. Возникающий в результате ток позволяет картировать мельчайшие особенности поверхности. До сих пор отслеживание быстрого движения электронов внутри этого крошечного зазора представляло собой серьезную проблему.

Секрет квантового поведения водорода кроется в симметрии

В статье, недавно опубликованной в журнале Nature Communications, учёные из Института промышленных наук Токийского университета обнаружили ключевой элемент головоломки с водородом (ведет себя по-разному в присутствии ванадия). Объединив измерения структуры и диффузии водорода с квантово-механическими расчетами, было выяснено, что именно кристаллическая симметрия определяет как ведёт себя водород внутри ванадия — как квантовая волна или как классическая частица.

Двухзонная сверхпроводимость в многослойных NbSe₂ и TaS₂

Один из наиболее широко изученных сверхпроводников, диселенид ниобия (NbSe₂), казался довольно простым в разделении на несколько атомных слоев. Эксперименты показали, что он ведет себя как сверхпроводник с единственной энергетической щелью. Однако учёные подозревали, что за этим кроется нечто большее. Используя туннельную спектроскопию, было обнаружено, что материал ведет себя вовсе не как простой сверхпроводник одного порядка — он скрывает два разных сверхпроводящих порядка, которые взаимодействуют настолько сильно, что кажутся одним целым. Такое же скрытое поведение было обнаружено и в другом близкородственном материале, TaS₂. Работа была опубликована в журнале Physical Review Letters.

Сверхбыстрая сканирующая туннельная микроскопия впервые достигает квантово-механического пространственно-временного предела

Физики обнаружили, что местоположение и временная эволюция электрона не могут быть измерены одновременно с произвольной точностью. Этот так называемый пространственно-временной предел имеет важное значение для будущих применений. Работа опубликована в журнале Nature Photonics.

Шаги Шапиро в сильно взаимодействующих ферми-газах

Впервые учёные наблюдали знаменитые ступени Шапиро — ступенчатый квантовый эффект — в ультрахолодных атомах. В эксперименте переменный ток был приложен к джозефсоновскому переходу, образованному атомами, охлажденными почти до абсолютного нуля и разделенными чрезвычайно тонким барьером из лазерного света. Оказалось, что атомы смогли преодолеть этот барьер коллективно и без потери энергии. Они вели себя так, как если бы, благодаря квантовому туннелированию, барьер был прозрачным. По мере протекания осциллирующего тока через переход разница химических потенциалов между двумя сторонами изменялась не плавно, а увеличивалась дискретными, равномерно расположенными ступенями, подобно подъему по квантовой лестнице. Высота каждой ступени напрямую определяется частотой приложенного тока, и эти ступенчатые разности химических потенциалов являются атомным аналогом ступеней Шапиро в обычных джозефсоновских переходах. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Управляемые антиферромагнитные туннельные переходы

Исследовательская группа под руководством профессора Шао Динфу из Института физики твердого тела Хэфэйского института физических наук Китайской академии наук представила новый механизм достижения сильной спиновой поляризации с использованием антиферромагнитных металлических интерфейсов. Учёные предлагают третий прототип антиферромагнитного туннельного перехода (AFMTJ), открывающий путь к созданию более быстрых и плотных спинтронных устройств. Работа была опубликована в журнале Newton.

Контролируемый перенос атомов с помощью когерентного туннелирования между оптическими пинцетами

Экспериментальная установка, построенная на физическом факультете Техниона, демонстрирует перенос атомов из одного места в другое посредством квантового туннелирования между оптическими пинцетами. Исследование, проведенное профессором Йоавом Саги и докторантом Янаем Флоршаймом из Института твердого тела, было опубликовано в журнале Science Advances. В основе эксперимента лежит оптический пинцет — экспериментальный инструмент для захвата атомов, молекул и даже живых клеток с помощью оптического потенциала, создаваемого лазерными лучами, сфокусированными в пятне микронного размера.

Физики используют лазерные поля для точного измерения и контроля электронной эмиссии металлов

Путем наложения двух лазерных полей разной силы и частоты можно измерять и контролировать эмиссию электронов металлов с точностью до нескольких аттосекунд. Физики из Университета Фридриха-Александра Эрлангена-Нюрнберга (FAU), Ростокского и Констанцского университетов показали, что это так. Это достижение может привести к новым открытиям в области квантовой механики и создать электронные схемы, работающие в миллион раз быстрее, чем сегодня. Исследователи опубликовали свои выводы в журнале Nature.

Монослойный гексагональный нитрид бора может увеличить предел плазмонного усиления

Исследовательская группа под руководством профессора Ян Лянбао из Института физических наук Хэфэя Китайской академии наук обнаружила, что гексагональный нитрид бора (h-BN) может эффективно блокировать туннелирование электронов и расширять пределы плазмонного усиления в одноатомном межслоевом промежутке, что даёт глубокое понимание квантово-механических эффектов в плазмонных системах и открывает новые приложения, основанные на квантовой плазмонике. Результаты были опубликованы в Nano Letters.

Термализация и динамика высокоэнергетических квазичастиц в сверхпроводящем нанопроводе

В новом отчете в журнале Nature Physics Т. Жалабер и группа исследователей из Франции использовали сканирующий туннельный микроскоп для независимой настройки энергии и скорости инжекции квазичастиц с помощью напряжения смещения и туннельного тока. Квазичастицы высокой энергии зависели от инжектируемой мощности и скорости инжекции, чтобы обеспечить уменьшенный критический ток на нанопроволоке. Результаты выявили тепловой механизм, лежащий в основе снижения критического тока, чтобы дать представление о быстрой динамике генерируемой горячей точки.