El comportamiento dinámico de los electrones en los campos magnéticos es crucial para la comprensión de los procesos físicos, tales como el efecto Hall cuántico, que son importantes en muchas áreas de la física del estado sólido, incluyendo la conductividad eléctrica. Sin embargo, es mucho lo que se desconoce sobre exactamente cómo se comportan los electrones en un campo magnético.
En la investigación publicada hoy enNature Comunicaciones, investigadores Franco Nori y Konstantin Bliokh del Centro RIKEN para Emergent Materia Ciencia de Japón, en colaboración con un equipo experimental en Austria, han hecho las primeras observaciones directas de libre-electrón Landau afirma-una forma de cuantificados establece que los electrones adoptan cuando se mueve a través de un campo magnético-y encontró que la dinámica de rotación interna de electrones cuántica, o cómo se mueven a través del campo, es sorprendentemente diferente del modelo clásico, y en línea con las últimas predicciones de la mecánica cuántica hechas en RIKEN .
El equipo experimental utilizado un microscopio de transmisión de electrones para generar haces de electrones de vórtice de tamaño nanométrico en la que los electrones tenían una variedad de estados cuánticos momento angular, y después se analizó la propagación del haz para reconstruir la dinámica de rotación de los electrones en diferentes estados de Landau. Según la física clásica, los electrones deben girar de manera uniforme en lo que se denomina la frecuencia de ciclotrón, la frecuencia adoptada por una partícula cargada que se mueve a través de un campo magnético. Sorprendentemente, lo que los investigadores descubrieron es que, de hecho, dependiendo del número cuántico que describe el momento angular, los electrones giran en tres formas diferentes con frecuencia cero, la frecuencia de ciclotrón, y la frecuencia de Larmor, que es la mitad de la frecuencia de ciclotrón. Esto demuestra que la dinámica de rotación de los electrones son más complejos e intrigante lo que se creía.
Según Franco Nori, que dirige el equipo RIKEN, "Este es un hallazgo muy emocionante, y que contribuirá a una mejor comprensión de las características cuánticas fundamentales de los electrones en el campo magnético, y nos ayudará a llegar a una mejor comprensión de los estados Landau y diversos fenómenos físicos relacionados. "
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