올바른 조건에서 전자는 경계를 우회하여 도체 내부 깊은 곳에서 빠른 호핑과 고압 트래픽으로부터 자유로워질 수 있습니다. 그곳에서 간단한 회로를 저항 없는 단방향 전류로 변환할 수 있습니다.
이론은 “에지 상태”에서 전자 흐름의 기본 원리를 설명하지만, 그 이점을 활용할 수 있는 응용 프로그램을 개발할 만큼 이론을 잘 이해하는 것은 작고 일시적인 동작으로 인해 어려운 것으로 입증되었습니다.
새로운 연구에서 매사추세츠 공과대학(MIT)의 연구원들은 초저온 나트륨 원자 구름을 사용하여 전자를 대체했습니다. 이는 가장자리 상태 물리학과 동일한 효과를 달성하면서도 세부적으로 연구할 수 있을 만큼 충분한 규모와 지속 시간을 제공합니다. .
“우리 설정에서는 동일한 물리학이 원자에서도 발생하지만 밀리초와 마이크론 규모로 발생합니다.” 그는 말한다 물리학자 마르틴 취를라인.
“이것은 우리가 사진을 찍고 원자가 기본적으로 시스템 가장자리를 따라 영원히 기어가는 것을 볼 수 있다는 것을 의미합니다.”
홀 효과(Hall Effect)에 따르면 자기장이 전류에 수직으로 위치할 때 전압이 발생합니다. 거기 양자 버전 이는 평평한 2차원 공간에서 전자가 주변 장에 대해 원을 그리며 움직이기 때문에 효과도 있습니다.
이 2차원 표면이 “위상학적” 물질 클래스의 가장자리인 경우 전자는 특정 위치에 축적되어 양자 물리학에서 예측한 대로 양자 방식으로 이동해야 합니다. 이러한 현상은 흔하지만 재료 특성을 유속 및 방향과 연관시키는 것은 쉽지 않습니다. 이러한 동작은 펨토초(1000분의 1초) 동안만 지속되므로 제대로 연구하는 것이 사실상 불가능합니다.
전자를 연구하는 대신 이 최신 연구에서는 약 백만 개의 나트륨 원자를 사용하여 레이저를 사용하여 제자리로 이동하고 극도로 차가운 상태로 감소시켰습니다. 그런 다음 원자가 레이저 트랩의 궤도를 돌도록 전체 시스템을 조작했습니다.
이 회전은 원자에 작용하는 다른 물리적 힘과 더불어 가장자리 상태의 기본 조건 중 하나를 모방합니다. 자기장. 그런 다음 레이저 광의 링을 삽입하여 재료의 가장자리 역할을 했습니다.
원자가 빛의 고리와 충돌하면 가장자리 상태의 전자와 마찬가지로 직선과 한 방향으로 움직입니다. 연구원들이 제공한 장애물조차도 원자의 방향을 바꿀 수 없었습니다.
“그릇 속에서 매우 빠르게 회전하는 구슬이 그릇의 가장자리 주위를 계속 회전하는 것과 같다고 상상할 수 있습니다.” 그는 말한다 Zwerlin.
“마찰이 없습니다. 히스테리시스가 없으며 원자가 시스템의 나머지 부분으로 누출되거나 퍼지지 않습니다. 단지 아름답고 일관된 흐름이 있을 뿐입니다.”
연구자들은 가장자리 상태에 대한 이전의 이론적 예측과 일치하는 시스템의 상호 작용을 관찰할 수 있었으며, 이는 이러한 유형의 연구에서 실제로 이러한 원자가 전자를 대체할 수 있음을 시사했습니다. 비록 이것이 처음으로 수행된 경우입니다. . 첫날.
양자 홀 효과와 같은 현상은 열 손실 없이 전기 에너지를 보다 효율적으로 전달한다는 개념인 초전도성과 밀접한 관련이 있습니다. 이러한 결과는 연구에도 도움이 될 수 있습니다. 양자 컴퓨터 그리고 고급 센서.
“이것은 매우 아름다운 물리학의 매우 명확한 실현이며 우리는 이 가장자리의 중요성과 현실을 직접 보여줄 수 있습니다.” 그는 말한다 MIT의 물리학자 Richard Fletcher.
“이제 자연스러운 추세는 무엇을 기대할지 명확해짐에 따라 시스템에 더 많은 장애물과 상호 작용을 도입하는 것입니다.”
이 연구는 자연 물리학.
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