Отрицательная масса и высокая скорость: необычное поведение электронов

Отрицательная масса и высокая скорость: необычное поведение электронов

Физики из Института Макса Борна (Берлин) сообщили, что электроны в полупроводниковом кристалле приобретают при ускорении сильным электрическим полем отрицательную массу.

Электрон, масса покоя которого всего около 10 -30 кг, может быть ускорен до крайне высоких скоростей.

Если электрическое поле мало, то движение электрона в зоне проводимости в кристалле подчиняется законам Ньютона. В этом режиме масса кристаллического электрона составляет малую часть массы свободного электрона.

Исследователи показали, что кристаллические электроны при крайне высоких скоростях ведут себя полностью отличным образом. Их масса даже становится отрицательной. В одном из номеров журнала Physical Review Letters они сообщили, что ускорили электрон на очень малом отрезке времени - 100 фемтосекунд до скорости 4 млн км в час. После этого электрон останавливался и даже начинал двигаться назад, в направлении, противоположном действующей силе. Это можно объяснить только отрицательной инертной массой электрона.

В экспериментах электроны в полупроводниковом кристалле арсенида галлия ускорялись экстремально коротким электрическим импульсом с напряженностью поля 30 МВ/м и длительностью 300 фемтосекунд. Скорость электрона как функция от времени измерялась с высокой точностью. Результаты находятся в согласии с вычислениями нобелевского лауреата Феликса Блоха, выполненными им более 80 лет назад.

Новый режим переноса заряда открывает новые возможности для электронных устройств будущего. Эффект может наблюдаться при частотах в области 1 ТГц.

Читайте также

  • Удвоение емкости криочипов для квантовых компьютеров[8 марта] – Леонид Бараш
  • Первая квантовая сеть для блокчейна[7 марта] – Леонид Бараш
  • Инновационные кристаллы для компьютерной электроники будущего • [4 марта] – Леонид Бараш
  • Классические компьютеры стремятся обеспечить квантовое преимущество • [27 февраля] – Леонид Бараш
  • Новый метод квантовых вычислений[23 февраля] – Леонид Бараш

хотелось бы посмотреть на оригинальную статью в PRL.

кстати о негативной массе. в эффекте Ганна на том же GaAs электрон из центра зоны ускоряется электрическим полем пока не достигнет локального максимума и не перейдет в L долину, где заметно более тяжелая эффективная масса, там он начнет замедляться под действием того же или даже большего електрического поля. таким образом, если применять тот же формализм, F=ma, масса тоже становится "отрицательной".

но это всего лишь влияние кристаллического поля - закон дисперсии электрона такой.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы вы могли писать комментарии

Это апрельская новость, в ней сказано "в последнем номере PRL"

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы вы могли писать комментарии

если бы знать имя хотя бы одного соавтора - было бы проще найти

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы вы могли писать комментарии

К сожалению, ни одного имени приведено не было.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы вы могли писать комментарии

единственная работа с упоминаникм отрицательной массы из данного учреждения была опубликована очень давно - Phys. Rev. B 65, 125110 (2002)

насколько истории известно более 80 лет назад, а точнее 83 года назад в 1927 Феликс Блох только закончил Лейпцигский университет

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы вы могли писать комментарии

Вот один из авторов: Wilhelm Kuehn

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы вы могли писать комментарии

Электрон, находящийся в полупроводнике, ведет совсем не так как свободный электрон в вакууме. С точки зрения физики твердого тела (ФТТ) в этом нет ничего необычного. О чём подробно написал выше Minalexey Minalex

часть существенной терминологии оказалась за пределами данного обсуждения - тут, как минимум, имеет место терминологическая путаница "Частица-Квазичастица" и "Масса-Эффективная масса"

Эффективная масса не скаляр, а тензор, то есть величина, не имеющая направления, но зависящая от направления, как, например, момент инерции. Величина эффективной массы может быть не только положительной, но и отрицательной.

То, что возможна отрицательная эффективная масса известно достаточно давно - см., например, учебники по ФТТ (Н.Ашкрофт, Н.Мермин. Физика твердого тела: В двух томах / ред. М.И.Каганов. — М.: Мир, 1979. — 399 с.).

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы вы могли писать комментарии

Действительно, речь может идти только о квазичастице и ее эффективной массе. Известно также, что направление ускорения электрона в кристаллической решетке в общем случае не параллельно ускоряющей силе, а иногда и антипараллельно, что соответствует отрицательной эффективной массе.

Я не имею возможности отследить историю этого явления, но, возможно, описанный эксперимент является первым прямым подтверждением теории.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎