Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Кванттық жүйеден классикалық мінез-құлықты қалпына келтіру механизмі
Mechanism recovering classical behavior from a quantum system
Физикада дефазинг – кванттық жүйеден классикалық мінез-құлықты қалпына келтіретін механизм. Ол уақыт өте келе бұзылуға байланысты туындаған когеренттіліктің жойылуын және жүйенің бұзылуға дейінгі күйіне оралуын білдіреді. Бұл молекулалық және атомдық спектроскопияда, сондай-ақ мезоскопиялық құрылғылардың конденсирленген орта физикасында маңызды рөл атқарады. Мұның себебін металдардағы өткізгіштікті кванттық эффектілерді қамтитын классикалық құбылыс ретінде қарастыру арқылы түсінуге болады, бұл кванттық механикалық түрде есептелетін тиімді массаға енгізіледі. Бұған сондай-ақ өткізгіш электрондардың шашырау эффектісі ретінде қарастырылатын кедергі де қатысты. Температура төмендегенде және құрылғының өлшемдері айтарлықтай кішірейгенде, бұл классикалық мінез-құлық жоғалуы керек, ал кванттық механика заңдары өткізгіштің ішінде кез келген шашыраусыз баллистикалық түрде қозғалатын толқындар ретінде қарастырылатын өткізгіш электрондардың мінез-құлығын анықтауы керек. Көбінесе осылай болады. Алайда, мезоскопиялық құрылғыларда температура нөлге жақындағанда, өткізгіш электрондардың кванттық мінез-құлығын жоғалтуға қажетті уақыт – дефазинг уақыты, шекті емес, шексіз болады деген жайт Борис Альтшулер, Аркадий Аронов және Дэвид Е. Хмельницкийдің теориялық болжамдарын жоққа шығарды. Төмен температурада дефазинг уақытының қанығуы бірнеше ұсыныстар жасалғанмен, әлі де шешілмеген мәселе болып қана қоймайды. Үлгінің когеренттілігі тығыздық матрицасының диагональдық емес элементтерімен түсіндіріледі. Сыртқы электр немесе магнит өрісі, егер жиілігі екі кванттық күй арасындағы энергия айырмасына сәйкес келсе, үлгідегі екі кванттық күй арасында когеренттілікті тудыра алады. Когеренттілік шарттары дефазинг уақытымен немесе спин-спин релаксациясымен (T2) жойылады. Жарық арқылы үлгіде когеренттілік тудырылғаннан кейін, үлгі поляризациялық толқынды шығарады, оның жиілігі түсетін жарыққа тең, ал фазасы кері болады. Сонымен қатар, үлгі түсетін жарықпен қоздырылады және қозған күйдегі молекулалардың популяциясы пайда болады. Осы екі процеске байланысты жарық үлгі арқылы өтетін кезінде сіңіріледі, бұл сіңіру спектрі арқылы көрінеді. Когеренттілік T2 уақыт тұрақтылығымен жойылады, ал поляризациялық толқынның қарқындылығы төмендейді. Қозған күйдегі популяция да T1 бойлық релаксациясының уақыт тұрақтылығымен жойылады. T2 уақыт тұрақтылығы әдетте T1-ден әлдеқайда кішіді, ал сіңіру спектрінің ені осы уақыт тұрақтылықтарымен Фурье түрлендіруі арқылы байланысты, сондықтан T2 уақыт тұрақтылығы еннің негізгі факторы болып табылады. T2 уақыт тұрақтылығы фотон эхосы эксперименттері сияқты ультражылдам уақытпен шешілетін спектроскопия арқылы тікелей өлшенді. Егер энергиясы E болатын бөлшек температурасы T болатын ауытқушы ортаға ұшыраса, оның дефазинг жылдамдығы қандай болады? Әсіресе, тепе-теңдікке жақын (E ~ T) дефазинг жылдамдығы қандай және нөлдік температура шегінде не болады? Бұл сұрақ соңғы екі онжылдық бойы мезоскопиялық қауымдастықты қызықтырып келеді (төмендегі сілтемелерді қараңыз).
In physics, dephasing is a mechanism that recovers classical behaviour from a quantum system. It refers to the ways in which coherence caused by perturbation decays over time, and the system returns to the state before perturbation. It is an important effect in molecular and atomic spectroscopy, and in the condensed matter physics of mesoscopic devices. The reason can be understood by describing the conduction in metals as a classical phenomenon with quantum effects all embedded into an effective mass that can be computed quantum mechanically, as also happens to resistance that can be seen as a scattering effect of conduction electrons. When the temperature is lowered and the dimensions of the device are meaningfully reduced, this classical behaviour should disappear and the laws of quantum mechanics should govern the behavior of conducting electrons seen as waves that move ballistically inside the conductor without any kind of dissipation. Most of the time this is what one observes. But it appeared as a surprise to uncover that the so called dephasing time, that is the time it takes for the conducting electrons to lose their quantum behavior, becomes finite rather than infinite when the temperature approaches zero in mesoscopic devices violating the expectations of the theory of Boris Altshuler, Arkady Aronov and David E. Khmelnitskii. This kind of saturation of the dephasing time at low temperatures is an open problem even as several proposals have been put forward. The coherence of a sample is explained by the off diagonal elements of a density matrix. An external electric or magnetic field can create coherences between two quantum states in a sample if the frequency corresponds to the energy gap between the two states. The coherence terms decay with the dephasing time or spin–spin relaxation, T2. After coherence is created in a sample by light, the sample emits a polarization wave, the frequency of which is equal to and the phase of which is inverted from the incident light. In addition, the sample is excited by the incident light and a population of molecules in the excited state is generated. The light passing through the sample is absorbed because of these two processes, and it is expressed by an absorption spectrum. The coherence decays with the time constant, T2, and the intensity of the polarization wave is reduced. The population of the excited state also decays with the time constant of the longitudinal relaxation, T1. The time constant T2 is usually much smaller than T1, and the bandwidth of the absorption spectrum is related to these time constants by the Fourier transform, so the time constant T2 is a main contributor to the bandwidth. The time constant T2 has been measured with ultrafast time resolved spectroscopy directly, such as in photon echo experiments. What is the dephasing rate of a particle that has an energy E if it is subject to a fluctuating environment that has a temperature T? In particular what is the dephasing rate close to equilibrium (E~T), and what happens in the zero temperature limit? This question has fascinated the mesoscopic community during the last two decades (see references below).