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.

Результаты исследований опубликованы в статье:

J. Heinze, S. Götze, J. S. Krauser, B. Hundt, N. Fläschner, D.-S. Lühmann, C. Becker, and K. Sengstock Multiband Spectroscopy of Ultracold Fermions: Observation of Reduced Tunneling in Attractive Bose-Fermi Mixtures. – Phys. Rev. Lett. – 107. – 135303 (2011) [5 pages].