Дираковские электроны: путь к сверхпроводящим устройствам через четвертое измерение

В новом исследовании, опубликованном в журнале Materials Advances , ученые сделали значительный шаг в изучении дираковских электронов – частиц, поведение которых напоминает не столько электроны, сколько фотоны. Эти частицы, предсказанные Полом Дираком и открытые Андреем Геймом, лауреатами Нобелевской премии по физике за 1933 и 2010 годы соответственно, обладают уникальными свойствами. В отличие от обычных электронов, дираковские электроны считаются безмассовыми и способны перемещаться с скоростью света в материалах.

Исследование открывает новые перспективы для разработки электронных устройств, обещая выдающуюся эффективность и низкое энергопотребление благодаря использованию дираковских электронов. Однако для реализации таких технологий необходимо глубокое понимание свойств и воздействий этих уникальных частиц. Проблема заключалась в том, что дираковские электроны обычно сосуществуют с стандартными электронами в материалах, что затрудняло их однозначное наблюдение и измерение.

Команда исследователей под руководством Рюхея Найто разработала метод, позволяющий избирательно наблюдать за дираковскими электронами. С помощью метода электронного спинового резонанса, который позволяет прямо наблюдать за непарными электронами в материалах, исследователи смогли выделить эти частицы и описать их энергию и области действия в материалах.

Одно из ключевых открытий заключается в том, что скорость дираковских электронов анизотропна, то есть зависит от их направления и расположения, в отличие от постоянной скорости света. Для описания этого явления потребовалось ввести понятие четырехмерного мира, включающего три пространственных измерения (x, y, z) и одно энергетическое (E).

Это исследование не только расширяет наши знания о дираковских электронах, но и открывает путь к разработке новых электронных устройств, способных революционизировать область вычислений и коммуникаций благодаря своей высокой эффективности и экономичности.