Новости науки 22.02.01 Квантовое отражение атомов от поверхности

Квантовая механика предсказывает очень забавный эффект: отражение частиц от любых сильных скачков потенциала, в том числе и от потенциальной ямы. Причем, чем медленнее движется налетающая частица, тем сильнее отражение. Теоретический обсчет этого явления по силам и студенту, а вот его экспериментальное наблюдение -- задача далеко не простая. Однако, как сообщается в статье [F.Shimizu, Phys.Rev.Lett. 86 (2001) 987], этот эффект все-таки можно наблюдать.

В этой работе были проведены эксперименты по отражению медленных атомов неона, находившихся в метастабильном состоянии, от атомарно чистой кремниевой поверхности. На самом деле, отражение происходило не от самой поверхности, а от притягивающего ван-дер-ваальсового потенциала, то есть на некотором расстоянии от поверхности. Дело в том, что ван-дер-ваальсовый потенциал имеет очень резкую зависимость от расстояния между частицами. Поэтому если налетающие частицы имеют достаточно малую нормальную скорость, то есть, достаточно большую длину волны, то этот "провал" потенциальной энергии и будет приводить к квантовому зеркальному отражению атомов. Такое отражение и наблюдалось в эксперименте: при нормальных скоростях порядка 1 мм/сек коэффициент отражения достигал 30%. Теоретический расчет в квазиклассическом приближении коэффициентов отражения вполне воспроизводил результаты опытов.

Может возникнуть естественный вопрос: а почему делается вывод, что это -- отражение от притягивающего потенциала, а не от непосредственно самой поверхности твердого тела? Ответ заключается в том, что, во-первых, отражение от поверхности в таком случае было бы не зеркальным, а рассеянным, диффузным. А эксперимент ставился именно по наблюдению зеркального отражения. Кроме этого, важным было и то, что в опытах использовались метастабильные состояния атомов. При непосредственном контакте с поверхностью такие атомы с большой вероятностью переходят в основное состояние, в то время как при квантовом зеркальном отражении метастабильное состояние атомов сохраняется.

В целом, кроме иллюстрации квантовомеханического явления, эксперимент демонстрирует собой и новую методику исследования взаимодействия нейтральных частиц с поверхностью твердого тела.

перейти к началу страницы