В квантовия свят е много далеч от нашата собствена, така че неговите закони често да ни изглежда странно и нелогично. Въпреки това, голямата новина на квантовата физика дойде буквално всеки ден, така че те имат право идея за сега е необходимо - в противен случай работата на физиците в очите ни се превръща от науката към магията и затрупана с митове. Ние вече говорихме за квантовите компютри, които не са местност, квантовото телепортиране и съгласуваност. Днес ние ще говорим за друг странен обект - quasiparticle.

Квазичастици, всъщност, много. Ето защо, за първата среща решихме, както следва: по-лесно да се разбере по темата, ние попита професорът от университета в Саутхемптън и лидер на изследователската група #xAB; Quantum polyaritonika # Xbb; Българската квантов център Алексей Kavokin опишете накратко седем най-забавните, по негово мнение, квазичастици. Историята на Алекс ескортиран много полезни и информативни илюстрации, главните действащи лица, които котки.

На квазичастици са различни от частиците? Фактът, че те седят в клетка и не мога да изляза. Lev Landau квазичастици изобретени за опростяване на описанието на много физически процеси, които се случват в кристалите. Вместо милиарди решаване на уравнения, описващи движението на атомите и електроните в кристална решетка, това е достатъчно, за да напише само няколко частици от уравнения за измислени - квазичастици - които се движат през кристала като празно място, игнорирайки отделните атоми или йони. С пълна свобода в рамките на кристала, квазичастици не могат да отидат навън. Тези, които се осмеляват да погледнат отвъд кристалната решетка трябва да бъде драматично да промени неговите качества и да се превърне в обикновените частици - електрони, йони, фотони.

Какво е различен от квази-частици електрон-електрон, на елементарна частица? Разликата в маса. Разпространение в кристалната решетка, електрона става по-лесно. Говорейки по-строго: quasiparticle електрон ефективна маса е описана, което зависи от параметрите на кристалната решетка. В някои полупроводникови кристали ефективно електрон маса е 10 или дори 20 пъти по-малка от масата на свободен електрон. Освен това, в графен - двумерен кристал, състояща се от въглеродни атоми, конструирана под формата на пчелна пита - някои от квазичастици електроните не маса. Всички такива електрони летят от една и съща най-голямата скорост.

Отворите са подобни на въздушните мехурчета. Вместо вода в кристалните електроните. Празните места, където никой електрон - дупката е. Точно както газови мехурчета, те плуват нагоре към морската повърхност Е, който е в кристал се нарича повърхността на Ферми. дупка маса е отрицателен - това е защо тя плува и не потъва. Дупката е с електрически заряд, равна на таксата за електрон, но с противоположен знак. Може да попитате: какво да кажем за празното пространство може да бъде електрически зареден? Представете си, че цялото пространство е изпълнено с отрицателно заредени вода. Какво трябва да се направи, за да малко количество заряд се превърна в специален нула? Отговор: това е необходимо да се добавят в размер на положителни заряди, колкото беше отрицателен. Положителния заряд компенсира отрицателния заряд дупка електрон течността.

Един екситона е подобен на водороден атом. водороден атом е отрицателно зареден електрон (елементарните частици) се върти около положително заредена протона. екситона отрицателно зареден електрона на (quasiparticle) се върти около положително заредени отвори. Екситона концепция, разработена през 1920 година, съветски учен Яков Френкел. Експериментално наблюдава excitons друг руски учен, Юджийн Грос, през 1952. Поради факта, че електрони и дупки в кристала лесно протон и електрон в водороден атом, и взаимодействието между квази-кристален среда отслабена, excitons произвеждат много големи: характерен размер екситона може да бъде стотици пъти размера на атом. Също така, за разлика от водороден атом, екситона е вечен. Неговият живот обикновено е по-малко от една милиардна част от секундата. След този период на въздушния балон, пълен с вода: на електрон и дупка рекомбинира. Изчезването екситона прехвърля енергията си на кристалната решетка или излъчва фотон - фотон. Откриване на светлината, излъчвана от excitons, ние получаваме информация за тяхната структура и свойства.

Photon - квант светлина. Преминавайки през кристалната решетка, фотони променят свойствата си. Ако празнотата всички фотони се движат със същата скорост - скоростта на светлината - много от тях се забави в кристала, а дори и да спрат. Това явление се нарича #xAB; бавно светлина # Xbb. Взаимодействаме с excitons, светлината започва да се държи като течност: образува капки, въртопи, стоящи вълни и водопади. Светлината може да бъде насочена през каналите, да променя своята траектория, скорост, поляризация. Някои теоретици дори вярват, че светлината може да бъде замразена. Фотоните разпространяват в кристала - е квази-частиците. Техните свойства се различават от тези на колегите им летят в празнотата. Например, във вакуум фотон не маса, и в кристала той има тегло.

Фотони - на кванти от решетъчни вибрации. фонон концепция е разработена от съветския физик Игор Там. Фонони възникват в резултат на факта, че йоните, които изграждат кристалната решетка, не помръдва, а границите близо до своите равновесни положения. Тези колебания са оформени в вълни. На езика на квазичастици разпределителни решетъчни вибрации еквивалент фотон потока. Фонони носят звук, да дадат значителен принос за топлопроводимост, са отговорни за образуването на други квазичастици - Cooper двойки.

При ниски температури се наблюдава някои метали свръхпроводимост - разпространението на електрически ток, без съпротива. Разберете как там е интересен феномен, който може да служи за пример на две самолетите, летящи един след друг в кръг. Самолети - електрони. В метал, те обикновено са носени с големи скорости (Ферми скорост). Flying през кристалната решетка, електронът излъчва фонон - бавно quasiparticle парашутист. След известно време, друг самолет взима парашутист и го хвърля отново. Две електрони обменят фотони, които са на голямо разстояние един от друг. Фонон механизъм атракция е по-ефективно от квазичастици отблъскването, които имат същия електрически заряд. По този начин формира двойка електрони - Cooper двойки - притежава необичайна собственост, която те харесват ход при същата скорост. Това води до свръхпроводимост. Представете си, много коли на магистралата. Ако всички те се движеха със същата скорост, не е имало задръствания. И потокът на Cooper двойки разпространява без съпротива.

Електроните в кристално държат почти същата като на водата в езерото. Под действието на вятъра на езерото се образуват повърхностни вълни, който се навива на един бряг на езерото, след друга. Вятър - светлина. Вълни на повърхността на течността електрон - плазмони. Кристал като цяло е електрически неутрален. Отместване отрицателно зареден електрон течност (плазма), съотнесено към положително заредени резултати кристалната решетка в колебания на електрическа поляризация. Тези вибрации могат да бъдат предизвикани от светлина на подходяща честота. Взаимодействието на светлина с плазмата електрон може да предава информация. Тази реакция се използва в изключително прецизни микроскопи. Освен това, благодарение на плазмони да промените цвета на обектите. Цветно стъкло в средновековния стъклопис - един пример.