美国伊利诺伊大学的物理学家首次通过实验证明三维传导如何受到物质所具有的缺陷的影响。了解这种影响对于许多电子应用具有重要意义。

　　由物理学教授布赖恩·德马科领导的研究小组做到了将三维量子物质波完全局域化。物质波局域化理论最初是在大约半个世纪前提出的。这一研究结果刊登在今天出版的美国《科学》杂志上。

　　物质的缺陷不可避免,不过科学界对其影响所知甚少。了解物质的无序如何影响到穿越它的物质波,这对许多方面的应用都具有积极意义,这些应用包括超声波医学成像、激光成像与传感以及电子设备与超导体的电子波。

　　德马科说:“无序背后的物理学对于了解不可避免的物质缺陷对上述应用的影响具有极其重要意义。”

　　科学家早就在理论中说,严重的无序导致全方位干扰,会将物质波捕获到一处,这种现象被称为“安德森局域化”。不过科学家从来没有观察到这一现象。

　　德马科说,这就像一名小号手在音乐厅中演奏乐曲,音乐厅中放满了随意摆放的障碍物,这些障碍物会反射声波。不过声音没有向四面传播,而是固定在发声的源头。因为相消性干扰,声音不会向外传播。

　　德马科说:“结果呢?音乐厅的其他地方都非常安静。小号手吹奏着乐器,不过声音从来没有离开过小号。我们在实验中看到的也是这种情况,不过我们使用的不是声音而是量子物质波,而且用混杂的绿激光束来作为障碍物。”

　　为了模拟电子在物质波中穿越金属的情景,德马科领导的研究小组把移动的超冷原子作为无序激光束中的物质波。之所以把激光当作物质,是因为这可以让研究人员设计并控制其无序程度。而在实实在在的物质中不可能做到这一点,这样一来,要弄清并检验安德森局域化理论就很困难。

　　研究人员证明,激光可以完全将原子局域化,这是首次直接观察到三维的安德森物质局域化现象。

　　德马科说:“这意味着我们可以用一种与物质相关的方式来研究安德森局域化。现在,以三维形式表现的安德森局域化理论可与‘物质’对照并首次得到检验。”

　　该研究小组还测算了微量物质要逃离局域化,也就是迁移率边所需的能量。能量高于迁移率边的物质波可以自由穿越无序状态,传播出去；但能量低于迁移率边的物质波则完全被局域化,即便存在穿越障碍的路径,它也不会传播出去。

　　通过调整混杂的绿激光束的强弱,研究人员测量了迁移率边和无序程度之间的关系。他们发现,随着无序状态的加强,迁移率边也会加强,也就是说,物质的缺陷越密集,局域化现象就越多。

　　德马科希望用量子物质来进行模拟,以便更好地了解并控制物质。他的计划是,最终能够让物质在一些具体的应用中有更好的表现,特别是在高温超导体应用中。

文章评级：★★★★★☆☆☆☆ 发表者：{佚名（58.44.96.*）} 12-11 [ 0]