Linie papilarne oddziałujących elektronów

Artykuł naukowców ukaże się w marcowym wydaniu prestiżowego czasopisma Nature Physics.

Jak tłumaczy dr hab. Krzysztof Byczuk, polski uczestnik projektu badawczego, ruch elektronów w metalowych przewodach przypomina ruch pieszych na zatłoczonym pasażu - aby uniknąć zderzenia ludzie muszą się nawzajem unikać, podobnie elektrony. Ten wzajemny wpływ jednych na ruch drugich nazywa się korelacjami. Takie korelacje mogą być niezwykle istotne, ponieważ determinują one fizyczne własności wielu metali.

"Elektrony są ujemnie naładowanymi cząstkami, które jednocześnie wykazują efekty falowe" - tłumaczy dr hab. Byczuk. Ten pozorny paradoks może być wyjaśniony w ramach mechaniki kwantowej, której prawa stosują się także do elektronów.

"Elektrony mają długość fali oraz częstość zależną od tej długości. Ta własność może być zaobserwowana w życiu codziennym, na przykład w głośnikach. Im wyższy ton głosu czyli jego częstość, tym krótsza jest odpowiadająca mu długość fali tworzonej przez drgającą membranę. Zależność częstości od długości fali jest nazywana dyspersją. W skorelowanych materiałach dyspersja fal elektronowych silnie zależy od wzajemnego odpychania się elektronów" - wyjaśnia Byczuk.

Razem z kolegami ze Stuttgartu, Goettyngi (Niemcy) i Ekaterinburga (Rosja) naukowcy z Uniwersytetu w Augsburgu (Niemcy) dokładniej poznali własności dyspersji elektronów w skorelowanych metalach. Ich obliczenia pokazują, że zależność częstości od długości fali może mieć gwałtowną zmianę w pewnej szczególnej częstości. "Matematycznie to niezwykłe zachowanie widać jako dość ostre zagięcie na krzywej dyspersji. Fizycznie te zagięcia są konsekwencją specyficznych korelacji pomiędzy elektronami.

To oznacza, że dla pewnych częstości elektrony nie reagują tak, jak byśmy się tego spodziewali" - mówi Byczuk. Naukowiec stwierdza, że od siły korelacji zależy to, jak silne jest zagięcie w dyspersji i dla jakiej częstości ono występuje. Dlatego zagięcia w dyspersji są "liniami papilarnymi" oddziaływania pomiędzy elektronami. Jest przekonany, że odkryte zagięcia w dyspersji są ogólną własnością i powinny występować w prawie wszystkich metalach, gdzie elektrony poruszają się w skorelowany sposób.

"Faktycznie takie zagięcia w dyspersji były zaobserwowane ostatnio w wielu złożonych metalach ale ich pochodzenie pozostawało zagadką" - zaznacza Byczuk. Wyniki prac badaczy z Augsburga pozwalają wyznaczać nieoczekiwane informacje o "życiu" elektronów wewnątrz skorelowanych metali. Zagięcia w dyspersji są nowym kluczem do zrozumienia własności takich układów jak nadprzewodniki wysoko temperaturowe czy tlenki metali przejściowych, które są ważne zarówno dla badań podstawowych jak i nowoczesnych zastosowań technologicznych. Praca, której współautorem jest dr hab. Krzysztof Byczuk, jest dostępna w wersji elektronicznej na stronie Internetowej Nature Physics http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/abs/nphys538.html.(PAP)