Kvantmägring

Inom fysiken är en kvantmägring ett märkligt resultat i kvantkaos . Varje system av kvantdynamisk biljard kommer att uppvisa en effekt som kallas ärrbildning , där kvantsannolikhetstätheten visar spår av de vägar som en klassisk biljardboll skulle ta. För en elliptisk arena är ärrbildningen särskilt uttalad vid brännpunkterna, eftersom detta är den region där många klassiska banor sammanstrålar. Ärren vid brännpunkterna kallas i vardagsspråket för "kvantmägringen".

Kvantmägringen observerades först experimentellt av Hari Manoharan, Christopher Lutz och Donald Eigler vid IBM Almaden Research Center i San Jose, Kalifornien 2000. Effekten är ganska anmärkningsvärd men överensstämmer i allmänhet med tidigare arbete med kvantmekaniken för dynamisk biljard i elliptiska arenor.

Quantum corral

The Well (Quantum Corral) (2009) av Julian Voss-Andreae . Skapad med 1993 års experimentella data av Lutz et al. , den förgyllda skulpturen avbildades i en recension 2009 av konstutställningen "Quantum Objects" i tidskriften Nature .

Hägringen inträffar i brännpunkterna av en kvantkorral , en ring av atomer arrangerade i en godtycklig form på ett substrat . Kvantkorralen demonstrerades 1993 av Lutz, Eigler och Crommie med hjälp av en elliptisk ring av järnatomer på en kopparyta med spetsen av ett lågtemperatursscannande tunnelmikroskop för att manipulera enskilda atomer. De ferromagnetiska järnatomerna reflekterade ytelektronerna av koppar inuti ringen till ett vågmönster, som förutspåtts av teorin om kvantmekanik .

Kvantkorraler kan ses som konstgjorda atomer som till och med visar liknande kemiska bindningsegenskaper som verkliga atomer.

Korralens storlek och form bestämmer dess kvanttillstånd, inklusive elektronernas energi och distribution. För att göra förhållanden lämpliga för hägringen valde teamet vid Almaden en konfiguration av korralen som koncentrerade elektronerna vid ellipsens brännpunkter.

När forskare placerade en magnetisk koboltatom vid ett fokus av korralen, dök en hägring av atomen upp vid det andra fokuset. Specifikt var samma elektroniska egenskaper närvarande i elektronerna som omgav båda brännpunkterna, även om koboltatomen bara var närvarande vid ett fokus. Vid scanning tunnelmikroskopi förs en atomärt vass metallspets mot den atomärt plana provytan tills elektrontunnling ut ur atomen och in i den framåtskridande spetsen blir effektiv. Med den vassa spetsen kan vi också ordna atomer som är adsorberade på ytan till unika former; till exempel, 48 adsorberade järnatomer på Cu(111) arrangerade i en cirkel med 14,26 nm diameter. Elektronerna på kopparytan är fångade inuti cirkeln som bildas av järnatomerna. Ett stående vågmönster framträder med en stor topp i mitten på grund av den konstruktiva interferensen av elektroner på kopparytan när de sprider bort de adsorberade järnatomerna.

Ansökningar

Forskare från IBM hoppas kunna använda kvantmegringar för att konstruera processorer i atomskala i framtiden.

externa länkar