Физикам впервые удалось получить данные об электронах, используя фермионные атомы в оптической решетке. Статья ученых появилась в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводит Physical Review Focus.
Достаточно давно ученые установили, что атомы, помещенные в оптическую решетку (перекрестки нескольких лазерных лучей, в которых образуется потенциальная яма для удержания частиц), могут служить моделями разных физических объектов. До последнего времени у ученых получалось моделировать и изучать в таких решетках поведение бозонов. Фермионы (все элементарные частицы делятся на бозоны и фермионы), в свою очередь, также удавалось смоделировать, но получить какие-то конкретные данные из такой модели ученые никак не могли.
В рамках новой работы физики смоделировали электроны в кристаллической решетке (электроны относятся к фермионам). Для этого они использовали атомы калия, помещенные в оптическую решетку, потенциал в которой колебался с амплитудой 0,15 и определенной частотой. В какой-то момент решетка отключалась, газу давали расшириться, и спустя 20 миллисекунд делали снимок. Анализ полученной картинки позволил прояснить так называемую зонную структуру в соответствующей решетке - эта структура влияет на многие электрические свойства кристаллов.
Кроме этого физики пробовали добавлять к газу бозонные атомы рубидия, которые представляли собой фононы - квазичастицы, которые характеризуют совместные колебания атомов в вершинах кристаллической решетки. В результате им удалось определить, что добавление рубидия приводит к смещению запрещенных зон в калиевом газе, что в точности предсказывается теорией.
Сами ученые отмечают, что их работа - это первый этап моделирования поведения фермионов. В частности, они надеются, что дальнейшая работа в этом направлении поможет в изучении не только электрических, но и магнитных свойств твердых тел.