Впервые получено изображение уровней Ландау

Физики впервые получили изображения уровней Ландау, квантовых уровней, которые определяют поведение электронов в сильном магнитном поле, теоретически предсказанных лауреатом Нобелевской премии Львом Ландау в 1930 г.

Используя сканирующий туннельный спектроскоп, зонд с высоким пространственным разрешением, который непосредственно взаимодействует с электронами, ученые из Университета г. Уорик и Университета г. Тохоку обнаружили внутреннюю кольцеподобную структуру уровней Ландау на поверхности полупроводника.

Экспериментальная проблема заключалась в необходимости высокого пространственного разрешения, для того чтобы преодолеть внутреннюю неупорядоченность материала, которая обычно позволяет увидеть только размытые накладывающиеся состояния.

Изображения ясно показывают, что Ландау был прав, когда предсказывал, что при движении электронов в сильном магнитном поле их энергетические уровни будут квантоваться, и в чистой системе электроные орбиты будут принимать форму концентрических кругов, число которых увеличивается в соответствии с энергетическим уровнем.

Это просто вычисляемое поведение формирует основу квантового эффекта Холла. Имеющий сам по себе фундаментальный интерес, этот эффект в последнее время использовался для определения стандарта электрического сопротивления и, возможно, вскоре сможет быть использован также и для определения килограмма.

Проф. Рудольф Ремер (Rudolf Roemer) из департамента физики Университета г. Уорик сказал: «Это очень существенный шаг для нас, мы действительно впервые увидели волновые функции индивидуальных электронов в реальном материале. На первый взгляд, это может выглядеть весьма удаленно от повседневной жизни. Однако сегодня широко обсуждается вопрос, как определить килограмм с помощью расстояний между кольцами уровней Ландау, служащих своего рода маркерами для универсального веса. Так что в скором будущем, когда вы будете покупать сахар или кекс, вы будете неосознанно использовать эти квантовые уровни».

Измеренный экспериментально первый уровень Ландау