Znajdź zawartość

Naukowcy z University of Bristol empirycznie dowiedli, że liczące sobie ponad 150 lat prawo Wiedmanna-Franza nie zawsze jest zachowane. Prawo to mówi, że w stosunek przewodnictwa cieplnego i elektrycznego w każdym metalu jest stały przy stałej temperaturze. Przed piętnastu laty dwójka amerykańskich fizyków wysunęła teorię, że prawo Wiedmanna-Franza nie ma zastosowania w metalu tworzącym strukturę dwuwymiarową. Wówczas bowiem elektron rozpadnie się na dwa stany kwazicząsteczkowe - spinon (posiadający spin, ale nie posiadający ładunku) oraz holon (niosący ładunek, ale nie spin). Amerykanie twierdzili, że gdy holon napotka zanieczyszczenie w metalu, odbije się, a spinon będzie w stanie wędrować dalej. W takim przypadku zatem ciepło będzie się dalej rozprzestrzeniało, a ładunek już nie. Różnica w przewodnictwie cieplnym i elektrycznym będzie rosła wraz ze spadkiem temperatury. Teraz obliczenia Amerykanów potwierdziła grupa pracująca pod kierunkiem profesora Nigela Husseya. Uczeni dowiedli, że dwuwymiarowy materiał może przewodzić ciepło 100 000 razy lepiej, niż inne metale, w których prawo Wiedemanna-Franza zachowuje ważność. To nie tylko szansa na wykorzystanie tego zjawiska w nowoczesnych technologiach, ale również dowód na bardzo silną separacje spinu i ładunku w dwuwymiarowym świecie.

Naukowcom z University of Cambridge udało się przeprowadzić separację spinowo-ładunkową w wąskim przewodzie. Uzyskano w ten sposób dwie kwazicząsteczki - spinony i holony. Zjawisko takie zostało teoretycznie przewidziane przed ponad 40 laty. Separacja spinowo-ładunkowa polega na rozpadzie elektronu na dwie kwazicząsteczki. Jedna z nich, spinon, niesie spin elektronu, a druga, holon, jego ładunek. Po raz pierwszy separację zaobserwowano w 2006 roku w Lawrence Berkeley National Laboratory. W zwykłych warunkach elektron jest niepodzielny. Jednocześnie niesie ładunek elektryczny i magnetyczny. Jednak gdy mamy do czynienia z licznymi elektronami ściśniętymi w małej przestrzeni, muszą one tak zmodyfikować swój sposób poruszania się, by nie zbliżyć się zbytnio do siebie. W 1981 roku Duncan Haldane przewidział, że w bardzo wąskim przewodzie elektrony zawsze zmodyfikują sposób poruszania się i zajdzie "oddzielenie" magnetyzmu od ładunku, a więc uzyskamy spinony i holony. Najpoważniejszym wyzwaniem było zaprojektowanie takiego "kwantowego przewodu", w którym elektrony się rozpadną. Yodchaj Jompol i Chris Ford z University of Cambridge, korzystając z wcześniejszych badań nad magnetyzmem, stworzyli całą grupę nanokabli ułożonych 30 nanometrów nad elektronami pochodzącymi z metalu. Następnie całość potraktowali prądem elektrycznym. Badania prowadzono w temperaturze bliskiej zeru absolutnemu. Jak twierdzą specjaliści, tego typu badania przybliżają nas do kolejnej rewolucji w dziedzinie elektroniki. Możliwość powtarzania takich eksperymentów, obserwacja zachowania spinonów i holonów dają nadzieję, że w przyszłości nauczymy się kontrolować tego typu cząstki. To z kolei będzie niezwykle przydatne w badaniach nadprzewodnictwa czy w pracach nad komputerami kwantowymi.