Các nhà vật lí đã chụp ảnh trực tiếp các mức Landau – những mức lượng tử xác định hành trạng electron trong một từ trường mạnh – lần đầu tiên kể từ khi chúng được nghĩ ra trên phương diện lí thuyết bởi nhà vật lí giành giải Nobel Lev Landau hồi năm 1930.
Sử dụng kĩ thuật quang phổ quét chui hầm – một đầu nhọn phân giải không gian tương tác trực tiếp với các electron – các nhà khoa học tại Đại học Warwick và Đại học Tohoku đã làm sáng tỏ cấu trúc bên trong dạng vòng của những mức Landau này tại bề mặt của một chất bán dẫn.
Dữ liệu thực nghiệm đo Mức Landau 1
Thách thức chính trong nghiên cứu trên là có độ phân giải không gian đủ để chế ngự sự mất trật tự nội tại của chất liệu thường chỉ cho phép quan sát các trạng thái “trôi giạt” nhòe nhoẹt.
Những bức ảnh chụp cho thấy rõ ràng Landau đã đúng khi ông dự đoán rằng, trong một hệ tinh khiết, các electron sẽ ở vào những vòng tròn đồng tâm, số lượng tăng theo mức năng lượng của chúng.
Hành trạng đếm đơn giản như thế này tạo nên cơ sở của cái gọi là hiệu ứng Hall lượng tử.
Với sự quan tâm nghiên cứu sâu rộng, trong những năm gần đây, hiệu ứng trên đã được sử dụng để định nghĩa chuẩn cho cái chúng ta gọi là điện trở, và cũng có thể sớm được sử dụng để định nghĩa kilogram.
Mô phỏng số hóa của Mức Landau 1
Giáo sư Rudolf Roemer tại Khoa Vật lí, trường Đại học Warwick nói, “Đây là một bước tiến hào hứng đối với chúng tôi, những người lần đầu tiên đang thật sự chứng kiến từng hàm sóng cơ lượng tử của các electron trong những chất liệu thực tế.
“Trên phương diện nào đó, khám phá này trông xa vời với cuộc sống hàng ngày.
“Tuy nhiên, vấn đề dùng cái gì định nghĩa kilogram hiện nay vẫn còn đang tranh cãi, với khoảng cách giữa các vòng của những mức Landau này có tác dụng như một loại chỉ dẫn cho một trọng lượng thường gặp.
“Cho nên, có khả năng lần tiếp theo khi bạn cân đường và bột để làm bánh, dù muốn hay không bạn cũng đã sử dụng những cái vòng lượng tử này.”
Tham khảo: Phys. Rev. Lett. 109, 116805 (2012)
123physics (thuvienvatly.com)
Nguồn: PhysOrg.com
