В работе, опубликованной в 1963 году, физики Синъитиро Томонага и Хоакин Латтинжер описали модель одномерного поведения электронов. Ключевой прогноз теории жидкости Томонаги — Латтингера заключается в том, что если возбудить один электрон в одномерном проводе, это приведет к коллективному, организованному ответу каждого электрона в проводе. Более того, движущийся электрон разделится на два, которые будут двигаться с разной скоростью, несмотря на то, что это элементарные частицы. Этот феномен разделения спина и заряда задействует два свойства электрона — отрицательный заряд и спин, пишет Phys.org.
В одномерном пространстве электроны могут двигаться налево или направо, но не обгонять друг друга. Увеличение энергии запускает своего рода цепную реакцию и скорость движения, или возбуждения, нарастает. Один электрон подталкивает другой, тот — следующий, и так возникает волна, объясняют ученые.
Тьерри Джиамарчи и его коллеги использовали другой тип фермиона — атомы лития, охлажденные до температуры в одну 100 миллиардную градуса абсолютного нуля, чтобы удостовериться в верности предсказанной скорости движения волн в одномерном проводнике и предложить подтверждение того, что одномерные волны заряда увеличивают скорость пропорционально силе взаимодействия между ними.
Взяв атомы лития вместо электронов, ученые с помощью лазеров замедлили их движение. Чем оно было медленнее, тем холоднее становились атомы лития, пока не стали вести себя как электроны. С помощью лазеров были сформированы оптические одномерные волноводы. Такой сложный подготовительный этап позволил физикам измерить силу взаимодействий электронов на любом уровне и подтвердить правоту теории Томонаги — Латтинжера.
Разработки по использованию одномерных углеродных нанотрубок в микросхемах уже ведутся специалистами IBM и других компаний.
«Производители микрочипов десятилетиями уменьшают размеры устройств, а инженеры-физики изучают применение нанопроволоки и нанотрубок, в которых пространство для движения электрона почти одномерное, — говорит физик-экспериментатор из Университета Райса Ренди Халет. — Это важно, потому что 1D — это совсем другие правила игры в том, что касается электронной проводимости. Чтобы понять их, нужна новая модель, новый способ представления реальности».
Другую загадку середины прошлого века решили недавно йельские ученые. Они описали новую модель взаимодействия электронов в так называемых дираковских материалах, к которым относится графен и топологические диэлектрики.
