Бабочка, летящая над поверхностью, которая, по замыслу художника, должна иллюстрировать слой графена на подложке из нитрида бораНезависимым исследователям впервые в истории удалось эксперементально наблюдать так называемое явление имеющее название «бабочка Хофштадтера». Существование этой энергетической структуры было спрогнозировано почти 40 лет назад, в 1946 году.

Появление особых фракталов, внешне напоминающих бабочек, предвидел американский физик Дуглас Хофштадтер.

Эти фракталы – графическое представление колебаний потенциальной энергии электронов на двумерных атомных решетках (например, на листе графена). Фрактальные структуры нередко иллюстрируют протекание различных процессов в «классических» разделах физики (например, механике жидкостей и газов), но в квантовом мире довольно редки. Поэтому бабочка Хофштадтера давно занимала исследователей – но экспериментально наблюдать это уникальное явление ученым до 2013 года не удавалось.

Исследования о бабочке были опубликованы в номере журнала Nature и в Science.

Электроны, являющиеся носителями тока в графене, формируют специфические структуры – фермионы Дирака, которые имитируют поведение безмассовых релятивистских частиц (нейтрино). Примечательно, что исследование настоящих нейтрино обычно требует капиталовложений и не малых, а также наличие сложного оборудования. Возможность смоделировать эти частицы – одна из примечательных особенностей графена.

Ученые из университета Манчестера, в числе которых нобелевские лауреаты Андрей Гейм и Константин Новоселов, нашли способ создания нескольких «клонов» одного фермиона Дирака.  Они поместили графен над пластиной нитрида бора так, что электроны графена могли  «чувствовать» отдельные атомы бора и азота . Двигаясь по этой «стиральной доске» из атомов, электроны способны сформировать несколько новых копий оригинального фермиона Дирака. Под влиянием сильного магнитного поля число рожденных «клонов» заметно увеличивается, и дубли выстраиваются в сложный узор - бабочку Хофштадтера.

А это - бабочка Хофштадтера - фрактал, описывающий спектр решений уравнения Харпера.

Подобные результаты получили ученые из Колумбийского университета, изучавшие квантовый эффект Холла на примере того же «бутерброда» из графена и нитрида бора, помещенного в сильное магнитное поле, и ученые из MIT, работа которых также посвящена фермионам Дирака в гетероструктурах Ван дер Ваальса – такой гетероструктурой и является пара наложенных друг на друга атомарно тонких кристаллов.

Источник: Популярная механика 

 

 


Вы здесь: Главная Новости Ученые "поймали" бабочку Хофштадтера – фрактальную структуру

Наши партнеры

мы Вконтакте следуйте за нами в твиттере будьте на связи с нами в фейсбук мы в Google+