Энион

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Энион
Состав Квазичастица
Теоретически обоснована В 1977 году группа физиков-теоретиков из университета Осло под руководством Йона Магне Лейнааса и Яна Мирхейма
Обнаружена В 2005 году группа физиков из университета Стоуни-Брук построила интерферометр квазичастиц, на котором Владимир Голдман и его коллеги выявили несколько событий, вызванных интерференцией энионов.[1]
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

Энион (англ. Anyon) — тип частиц, существующих в двумерных системах, которые представляют собой обобщение понятий фермион и бозон.

Теоретическое обоснование[править | править код]

Статистическая физика
Термодинамика
Молекулярно-кинетическая теория
См. также: Портал:Физика

В 1977 году группа физиков-теоретиков из университета Осло под руководством Йона Магне Лейнааса и Яна Мирхейма доказала, что традиционное деление частиц на фермионы и бозоны не применимо к теоретическим частицам, существующим в двух измерениях. Такие частицы могли бы иметь ряд неожиданных свойств. Фрэнк Вильчек в 1982 году предложил для них название энионы (от англ. any — любой).[2] [3]

Бертран Гальперин из Гарвардского университета показал полезность математического аппарата, связанного с энионами, в объяснении некоторых аспектов дробного квантового эффекта Холла. В 1985 году Фрэнк Вильчек, Дэн Аровас и Роберт Шриффер проверили это утверждение точными расчётами и доказали, что частицы, существующие в этих системах, действительно являются энионами.

Экспериментальное подтверждение[править | править код]

В 2005 году группа физиков из университета Стоуни-Брук построила интерферометр квазичастиц, на котором Владимир Голдман и его коллеги выявили несколько событий, вызванных интерференцией энионов.[1] С помощью электрических полей они сформировали на поверхности помещённого в магнитное поле полупроводника тонкий диск, окружённый кольцом. Внутри диска рождаются квазичастицы с зарядом, равным двум пятым заряда электрона, а в кольце — одной трети. Анализ полученных данных подтвердил, что квазичастицы в кольце и внутри диска могут стабильно рождаться и исчезать лишь группами определённой численности, то есть они подчиняются статистике энионного типа.

В 2020 г. Н. Бартоломью и др. из Высшей нормальной школы из эксперимента в двумерной гетероструктуре GaAs/AlGaAs определили промежуточную статистику энионов с путём измерения корреляции электрических токов через третий контакт при столкновениях энионов в электронном газе из двух точечных контактов [4].

Развитие полупроводниковой технологии, а именно напыления тонких двумерных слоёв, например, листов графена, задаёт потенциал использования свойств энионов в электронике.

Математический аппарат[править | править код]

В трёхмерном (и более) пространстве частицы строго делятся на фермионы и бозоны, согласно тому, какой статистике они подчиняются: фермионы — статистике Ферми — Дирака, бозоны — статистике Бозе — Эйнштейна. На языке квантовой физики это формулируется как поведение многочастичных состояний при замене частиц. Например, в случае двухчастичного состояния имеем (в обозначениях Дирака):

  •  — для бозонов
  •  — для фермионов

Однако в двумерных системах можно наблюдать квазичастицы, которые подчиняются распределению, варьирующемуся непрерывно между статистиками Ферми — Дирака и Бозе — Эйнштейна:

,

где  — вещественное число. При мы имеем статистику Ферми — Дирака, а при  — статистику Бозе — Эйнштейна. В случае же получается нечто иное, называемое энионом.

Можно также ввести понятие спина эниона, сопоставив его :

Энионы описываются статистикой, которую называют статистикой кос (англ. Braid statistics), поскольку она связана с теорией кос.

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 Realization of a Laughlin quasiparticle interferometer: Observation of fractional statistics Physical Review, Phys. Rev. B 72, 075342 (2005)
  2. Frank Wilczek on anyons and their Role in Superconductivity. Дата обращения: 27 января 2010. Архивировано 22 июля 2012 года.
  3. Вилчек, Ф. Энионы // В мире науки. 1991. № 7. С. 14–22.
  4. H. Bartolomei, M. Kumar, R. Bisognin et al. Fractional statistics in anyon collisions // Science, 10 Apr 2020: Vol. 368, Issue 6487, pp. 173-177

Литература[править | править код]

Ссылки[править | править код]