Новости науки 16.03.01. Теория квантового миража

Некоторое время назад в журнале Nature была опубликована экспериментальная работа [H.Manoharan et al, Nature, 403, 512 (2000)], содержащая впечатляющие снимки "квантового миража": резкого всплеска поверхностной электронной плотности, являющегося в некотором смысле "отражением" далекого атома, окруженного облаком электронов. В статье [G.Fiete et al, Phys.Rev.Lett.86, 2392 (2001)] разработана теория этого явления.

Рис.1 а) Топографический снимок квантового коралла; c) появление кванторого миража: пика электронной плотности во втором фокусе эллипса

Явление квантового миража заключается в следующем. На поверхности металлического кристалла располагается атом, обладающий магнитным моментом. Благодаря эффекту Кондо, вокруг этого атома образуется облако электронов, которые экранируют этот магнитный момент. С помощью сканирующего туннельного микроскопа наблюдение и изучение такого локального всплеска электронной плотности не представляет особых трудностей.

Если теперь Кондо-атом окружить "кораллом" из похожих атомов в виде эллипса, причем основной атом должен располагаться в одном из фокусов эллипса (Рис.1а), то в другом фокусе возникнет локальный пик электронной плотности, несмотря на то, что там ничего нет (Рис.1с)! Этот пик является как бы "изображением" электронного облака, связанного с Кондо-атомом, причем он может быть сильно удален от "источника". В частности, в эксперименте расстояние между фокусами составляло 70 ангстрем.

Общее качественное объяснение явление было дано еще в экспериментальной статье, однако подробная количественная теория эффекта тогда отсутствовала. Теперь феноменологическая теория квантового миража построена. Главную роль в возникновении изображения играет когерентное отражение электронов от атомов эллипса. Благодаря известному геометрическому свойству эллипса (сумма расстояний от любой точки эллипса до двух фокусов есть константа), все отраженные электроны приходили во второй фокус в фазе. Складываясь, они и давали всплеск электронной плотности.

Конечно, говорить о "распространении" электронов и об их отражении в данном случае не совсем корректно: правильнее было бы оперировать собственными фукнциями электронов в заданном потенциале. Но принципиально картина не меняется: ведь стоячие волны (собственные фукнции) можно представить как суперпозицию бегущих волн.

Аккуратности ради заметим, что практически одновременно с описанной выше теоретической статьей появились и работы других авторов, содержащие похожие теоретические результаты.

перейти к началу страницы