Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
В физике квантовый мираж – это специфический результат квантового хаоса. Любая система квантово-динамического бильярда демонстрирует эффект, называемый шрамированием, когда квантовая плотность вероятности показывает следы траекторий, по которым двигался бы классический бильярдный шар. Для эллиптической арены шрамирование особенно заметно в фокусах, поскольку именно в этой области сходятся многие классические траектории. Шрамы в фокусах в неформальной обстановке называют "квантовым миражом". Квантовый мираж впервые был экспериментально обнаружен Хари Манохараном, Кристофером Лутцем и Дональдом Эйглером в Исследовательском центре IBM Almaden в Сан-Хосе, Калифорния, в 2000 году. Эффект весьма замечателен, но в целом соответствует ранее проведенным исследованиям квантовой механики динамических бильярдов в эллиптических аренах.
In physics, a quantum mirage is a peculiar result in quantum chaos. Every system of quantum dynamical billiards will exhibit an effect called scarring, where the quantum probability density shows traces of the paths a classical billiard ball would take. For an elliptical arena, the scarring is particularly pronounced at the foci, as this is the region where many classical trajectories converge. The scars at the foci are colloquially referred to as the "quantum mirage". The quantum mirage was first experimentally observed by Hari Manoharan, Christopher Lutz and Donald Eigler at the IBM Almaden Research Center in San Jose, California in 2000. The effect is quite remarkable but in general agreement with prior work on the quantum mechanics of dynamical billiards in elliptical arenas.
Квантовый загон
Мираж возникает в фокусах квантового загона – кольца атомов, расположенных в произвольной форме на подложке. Квантовый коррал был продемонстрирован в 1993 году Лутцем, Эйглером и Кромми с использованием эллиптического кольца атомов железа на медной поверхности с помощью наконечника низкотемпературного сканирующего туннельного микроскопа для манипулирования отдельными атомами. Ферромагнитные атомы железа отражали поверхностные электроны меди внутри кольца, формируя волновую картину, как и предсказывалось теорией квантовой механики. Квантовые кораллы можно рассматривать как искусственные атомы, которые даже демонстрируют схожие свойства химической связи с реальными атомами. Размер и форма загона определяют его квантовые состояния, включая энергию и распределение электронов. Чтобы создать условия, подходящие для возникновения миража, команда из Алмадена выбрала конфигурацию загона, которая концентрировала электроны в фокусах эллипса. Когда ученые поместили магнитный атом кобальта в один фокус, в другом фокусе появился мираж этого атома. В частности, те же электронные свойства присутствовали в электронах, окружающих оба фокуса, хотя атом кобальта находился только в одном из них. В сканирующей туннельной микроскопии атомно острый металлический наконечник подводится к атомно гладкой поверхности образца до тех пор, пока туннелирование электронов из образца в наконечник не станет эффективным. С помощью острого наконечника можно также упорядочивать атомы, адсорбированные на поверхности, в уникальные формы; например, 48 адсорбированных атомов железа на Cu(111), расположенных в круг диаметром 14,26 нм. Электроны на поверхности меди оказываются запертыми внутри круга, образованного атомами железа. В результате конструктивной интерференции электронов на поверхности меди, рассеивающихся на адсорбированных атомах железа, возникает стоячая волна с выраженным пиком в центре.
The mirage occurs at the foci of a quantum corral, a ring of atoms arranged in an arbitrary shape on a substrate. The quantum corral was demonstrated in 1993 by Lutz, Eigler, and Crommie using an elliptical ring of iron atoms on a copper surface using the tip of a low temperature scanning tunneling microscope to manipulate individual atoms. The ferromagnetic iron atoms reflected the surface electrons of the copper inside the ring into a wave pattern, as predicted by the theory of quantum mechanics. Quantum corrals can be viewed as artificial atoms that even show similar chemical bonding properties as real atoms. The size and shape of the corral determine its quantum states, including the energy and distribution of the electrons. To make conditions suitable for the mirage the team at Almaden chose a configuration of the corral which concentrated the electrons at the foci of the ellipse. When scientists placed a magnetic cobalt atom at one focus of the corral, a mirage of the atom appeared at the other focus. Specifically the same electronic properties were present in the electrons surrounding both foci, even though the cobalt atom was only present at one focus. In scanning tunneling microscopy, an atomically sharp metal tip is advanced towards the atomically flat sample surface until electron tunneling out of the atom and into the advancing tip becomes effective. Using the sharp tip we can also arrange atoms adsorbed on the surface into unique shapes; for example, 48 adsorbed iron atoms on Cu(111) arranged into a 14.26 nm diameter circle. The electrons on the copper surface are trapped inside the circle formed by the iron atoms. A standing wave pattern emerges with a large peak at the center due to the constructive interference of electrons on the copper surface as they scatter off the adsorbed iron atoms.
Приложения
Ученые IBM надеются использовать квантовые миражи для создания процессоров атомного масштаба в будущем.
IBM scientists are hoping to use quantum mirages to construct atomic scale processors in the future.