Каскад критичность

Квазипериодические структуры, которые заказали, но не являются строго периодическими, являются источником необыкновенной красоты в природе, искусстве и науке. Для физиков, квазипериодические заказа является одновременно эстетически и интеллектуально привлекательным. Многочисленные физические процессы, которые хорошо описаны в периодических структурах кардинально изменить их характер, когда они происходят в квазипериодических системах. Добавить квантовую механику, и яркие новые явления могут возникнуть, которые остаются не полностью изучены. Написание в природе физики, международная команда во главе с Одед Зильберберг Института теоретической физики высшей технической школы Цюриха и НЦНИ физики исследователи Жаклин Блоха из Университета Париж-Сакле и Альберто АМО Лилль университет, теперь описывает сочетании теоретических и экспериментальных работ, в которых они устанавливают универсальные инструменты для изучения поведения квантовых систем в различных одномерных квазипериодических настройки-и продемонстрировать силу своего подхода, чтобы раскрыть новые физические механизмы.

Замысловатая красота

Сущность и красоты, квазипериодических структур можно понять, рассматривая плиты пола. Пол может быть легко плиткой без зазоров, используя одинаковые кусочки, например, треугольной, квадратной или гексагональной формы, повторяющийся простой узор. Но поверхность также могут быть полностью покрыты неповторяющимися узорами, и что с помощью только двух типов ромбовидных плиток, как английский физик и математик Роджер Пенроуз классно показаны. В этом случае, даже если местные конфигурации появляются в разных местах, общая картина не может быть наложена с собой путем перевода и вращения. Таким образом, эти системы занимают некую середину между периодическим и случайным образом неупорядоченных структур.

На той золотой середины, есть интригует физики, чтобы быть изучены. Взять идеально упорядоченные кристаллические. Там, периодичности разрешений на волнообразном распространении электронов через материал, например в металл. Если кристаллическое совершенство возмущенных введением расстройства, изменения поведения. Для низких уровней расстройство, материал по-прежнему ведет, но меньше. На каком-то уровне, хотя беспорядок, электроны перестают распространяться и стать коллективно локализован, в процессе, известном как локализация Андерсона. Для периодических решеток, этот эффект был впервые описан в 1958 году (с 1977 по физике Нобелевский лауреат Филипп Андерсон, который скончался 29 марта этого года). Но как такие процессы играют в квазипериодических структурах продолжает быть областью активного исследования.

Проницательный интерполяции

Широкий спектр нетрадиционных физические явления были описаны для квазипериодических систем, но не существует общей основы для рассмотрения распространения волн в квазипериодических структурах. Однако существуют различные модели, которые позволяют изучать конкретные аспекты транспорта и локализации. Двумя наглядными примерами таких моделей являются Обри-Андре и Фибоначчи моделей, каждая из которых описывает различные физические явления, не крайней мере, когда дело доходит до свойства локализации.

В Обри-Андрэ модели, существует два различных областей параметров, в которых частицы могут быть либо «расширенный» или локализованных состояний (в том же смысле, что электроны могут либо распространяться через материал или застрять в состояния изоляции). Напротив, в модели Фибоначчи существует не одна конкретная критическая точка, разделяющая два режима, но для любого параметра система находится в таком критическом состоянии между локализованными и расширяется. Несмотря на их резкое противопоставление поведения, эти две модели связаны друг с другом, и можно непрерывно трансформируются друг в друга. Это то, что Зильберберг, работавший тогда в Институте имени Вейцмана в Израиле, показал прорыв в работе со своим коллегой Яков Краус в 2012 году. Вопрос в том, как две такие разные модели поведения, локализации связаны.

Накапливаются новые знания

Чтобы ответить на этот вопрос, Зильберберг с его аспирант Антонио Štrkalj и его бывший постдок Хосе Ладо (сейчас в Университет Аалто) совместно с CNRS экспериментаторов Жаклин блох и Альберто АМО и их аспирант Валентин Goblot (в настоящее время компания STMicroelectronics). Французские физики усовершенствовали фотонный платформе-так называемой полости-поляритонного решеток, в которых свет может быть направлен в полупроводниковых наноструктурах, испытывая взаимодействий, похожими на тех, кто действует на электроны, движущиеся через кристалл. Главное, они находили способы генерировать квазипериодической модуляции в их фотонные провода, что позволило экспериментально осуществить, впервые в любой системе, модель Краус-Зильберберг. Оптические эксперименты спектроскопии выполняется локально на эти фотонные квазикристаллы предлагаем изысканные возможности напрямую томография легких локализация в системах.

Объединив свои теоретические и экспериментальные инструменты, исследователи смогли проследить, как Обри-Андре модель развивается, чтобы стать полностью данные в рамках модели Фибоначчи. Счетчик ожидания наивных, команда показала, что этого не произойдет в гладкий путь, но через каскад локализации-делокализации переходы. Начиная, например, из региона Обри-Андре модель, в которой частицы локализованы на каждом этапе каскада энергетические полосы сливаются в переходной фазе, в ходе которой частицы проходят через материал. На другой стороне каскадного перехода, локализация примерно в два раза выше, отправка государств Обри-Андре постепенно модели к полному критичности, как он превращается в модель Фибоначчи.

Ситуация имеет некоторое сходство с тем, что происходит в куче риса, зерна добавляются по одному. В течение некоторого времени, добавленного зерна будут просто сидеть там, где они приземлились. Но как только склон в месте посадки превысило критическую крутизну, местной лавинной наводится, что приводит к перекладыванию части поверхности сваи. Повторяя этот процесс в конечном итоге приводит к неподвижной куче, где один дополнительный зерна может вызвать лавину на любом из соответствующих размеров-в «критическом» состоянии. В квазипериодических системах ситуация более сложная из-за квантового характера частиц, что означает, что они не двигаются как частицы, а как волны мешают делать. Но в этой обстановке, а также, эволюцию в сторону общего критического состояния происходит, как в куче риса, через каскад дискретные переходы.

Теоретическое описание и экспериментальное обнаружение этого каскада к критичности, команды успешно подключен квантовых явлений на две модели парадигматических квазипериодических цепи, добавляя уникальную возможность познакомиться с возникновением критичности. Кроме того, они разработали гибкую экспериментальной площадкой для дальнейшего исследования. Значение этих экспериментов идет твердо за свойства света. Поведение электронов, атомов и других квантовых структур регулируется той же физике, что может вдохновить на новые способы квантового управления в устройствах. Просто как обращение квазипериодических моделей выходит за рамки дисциплины, потенциал, чтобы вдохновить науки и, в конечном счете, технического прогресса, кажется, точно так же беспредельна.

сделать разницу: спонсорские возможности