#fyz #tech #astro O co ve skutečnosti šlo Pavel Brož,2019-05-25 23:08:48 Bohužel se v poslední době stává pravidlem, že k mediálním oznámením výsledků různých vědeckých pracovišť by se měl přibalovat výkladový slovník, který by umožnil zpětný překlad z „mediálštiny“ do původního tvaru, ve kterém jsou ještě poznatelné klíčové znaky toho, na co se vlastně přišlo a jaký to má význam. Tuto „mediálštinu“ mají bohužel mnohdy na svědomí i členové výzkumných týmů, někdy dokonce i jejich vedoucí, kteří se k médiím vyjadřují tak, jako by v nich pracovali výhradně troglodyti – bohužel pak takto podané zprávy kolují i na vědecko-popularizačních serverech, které se se vzrůstající záplavou takových zpráv nechtěně stávají vědecko-mystifikačními servery. O co tedy ve zmiňovaném článku (nejen) švýcarských vědců šlo? Rovnou řekněme, že v něm nešlo o určení geometrie elektronu. Místo toho se (s velikou přesností) určoval tvar a orientace elektronových orbitalů elektronu lapeného v kvantové tečce, a to v závislosti na velikosti a směru aplikovaných vnějších polí. Dobrá znalost toho, jak vnější pole ovlivňují tvar a orientaci elektronových orbitalů, je mimo jiné klíčová pro efektivní manipulaci se spinem lapeného elektronu – zde je dobré zmínit, že právě elektrony lapené v kvantových tečkách jsou velice často používány jakožto qubity, elementární buňky „kvantové paměti“, nebo chcete-li, registru kvantového počítače. Pokud chceme co nejlépe využívat vlastností qubitů a provázaných (tzv. entanglovaných) stavů elektronů v nich uložených, a hlavně pokud chceme efektivně manipulovat s těmito stavy, musíme umět s dostatečnou přesností předvídat, jak se tyto stavy (resp. tvary a orientace jim odpovídajících orbitalů) mění v závislosti na aplikaci vnějších polí. Referovaný článek byl publikován na Physical Review Letters dne 22. května 2019 pod názvem „Spectroscopy of Quantum Dot Orbitals with In-Plane Magnetic Fields“, zde je možné vidět jeho abstrakt: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.207701 Článek je ve skutečnosti staršího data, jeho původní verze se stejnými autory i názvem jde dohledat na arxiv.org zde: https://arxiv.org/pdf/1804.00162.pdf Pro fyziky z jiných oborů bude možná srozumitelnější, jak o daném výsledku referuje např. profesorka fyziky na univerzitě v Rio de Janeiru Bellita Koillerová zde: https://physics.aps.org/articles/v12/56 Naopak více odbornější texty související s daným tématem, na kterých spolupracovali v článku zmínění Dominik M. Zumbühl a Daniel Loss, lze nalézt zde: „g-factor of electrons in gate-defined quantum dots in a strong in-plane magnetic field“: https://arxiv.org/pdf/1808.03963.pdf „Orbital effects of a strong in-plane magnetic field on a gate-defined quantum dot“: https://arxiv.org/pdf/1804.00128.pdf Pro laiky se pokusím srozumitelnou formou přiblížit pár klíčových bodů v následujících řádcích: Kvantová tečka (anglicky quantum dot) je často (ne však vždy) realizovaná jakožto efektivně dvoudimenzionální past na elektrony. Existuje velice hodně realizací kvantových teček (blíže viz https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_dot). V referovaném článku je kvantová tečka realizovaná na polovodičové vrstvě viz obrázek na straně 2 v článku https://arxiv.org/pdf/1804.00162.pdf – kvantová tečka je tam vyobrazena jako červený flíček s popiskou QD. Ten červený elipsoidní flíček ve skutečnosti představuje jenom jeden z mnoha možných elektronových orbitalů, další možné tvary je možno vidět v části d téhož obrázku (vybarvené fialově a zeleně). Pro nefyziky bych mohl ještě dodat, že elektronový orbital je název pro vlnovou funkci elektronu, který je ve vázaném stavu - tzn. ne např. volného elektronu, ale elektronu vázaného třeba v atomu, v molekule, obecněji pak v nějaké potenciálové jámě, což je zrovna případ té kvantové tečky (právě proto se o kvantových tečkách mluví jako o umělých atomech). A vlnová funkce je zase veličina, která určuje pravděpodobnostní výskyt elektronu – ve vyobrazeních elektronových orbitalů to vypadá, jako by ta vlnová funkce končila (byla nulová) na hranicích těch orbitalů, ale to není pravda, ve skutečnosti se spojitě rozprostírá do nekonečna, ty nakreslené hranice orbitalů ve skutečnosti představují jen námi uměle určenou hranici, za kterou se ta vlnová funkce stává velice malou. Tvar a orientace elektronového orbitalu silně závisí jednak na míře excitace elektronu lapeného v kvantové tečce (tak jako v atomu či molekule i v kvantové tečce může být elektron v základním stavu nebo v některém z nekonečně mnoha vyšších, excitovaných stavů), a jednak na vnějších aplikovaných polí. Právě tato vnější pole (elektrická, magnetická či oboje) používáme pro manipulaci s elektrony v kvantových tečkách (tedy i pro manipulaci elektronů v qubitech). Jak se mění tvary a orientace orbitalů v závislosti na směru a intenzitě vnějších polích je znázorněno na obrázku na straně 3 článku https://arxiv.org/pdf/1804.00162.pdf, část a. A právě o to určování vlivu vnějších polí na tvar a orientaci elektronových orbitalů v tom článku šlo. Nikoliv o určení geometrie elektronu.
FB:
https://www.facebook.com/1733809140199804/posts/2320876551493057
Žádné komentáře:
Okomentovat