Південнокорейські науковці з Пхоханського університету науки та технологій (POSTECH) здійснили вагомий прорив у розумінні квантового тунелювання — явища, яке понад століття залишалося загадкою для фізиків усього світу. Вперше дослідникам вдалося детально описати процес «електронного тунелювання», що має фундаментальне значення для розвитку напівпровідникової індустрії та квантових комп’ютерів.
Про це розповідає ProIT
Особливості експерименту та нові відкриття
Під час експериментальних досліджень команда використовувала лазерні промені високої інтенсивності, щоб спостерігати за поведінкою електронів в атомах. Виявилося, що електрони здатні не лише долати енергетичні бар’єри, а й повторно зіштовхуватися з ядром атома у процесі проходження крізь так званий «тунель». Це відкриття суперечить попереднім уявленням, згідно з якими взаємодія з ядром відбувається лише після виходу електрона з тунелю.
«Завдяки цьому дослідженню ми змогли отримати уявлення про те, як поводяться електрони, проходячи через атомну стінку», — пояснює професор з кафедри фізики POSTECH Дон Ен Кім.
Науковці зазначають, що ідея проходження частинок крізь бар’єри здається фантастичною, проте у мікросвіті подібні явища відбуваються регулярно. Квантове тунелювання полягає у здатності електронів проникати крізь енергетичні бар’єри, які неможливо подолати звичайним способом, наче прориваючи в них тунелі.
Роль резонансів Фрімена та перспективи застосування
Дослідження дозволило відкрити динаміку підбар’єрних резонансів, які призводять до виникнення резонансів Фрімена. Запропонована модель, що виходить за межі класичного опису багатофотонних переходів, пояснює особливості цих резонансів, які раніше залишалися незрозумілими. Науковці підкреслюють, що у певних умовах резонанси Фрімена високого порядку можуть домінувати над процесами іонізації, а сигнал таких резонансів майже не залежить від інтенсивності лазерного впливу, подібно до неадіабатичного режиму тунелювання.
Під час експериментів було виявлено, що електрони накопичують енергію всередині бар’єру та повторно зіштовхуються з ядром, що підсилює ефект «резонансу Фрімена». Така іонізація значно перевищує рівень, відомий із попередніх досліджень, і майже не змінюється залежно від потужності лазера.
Отримані результати не відповідали існуючим теоретичним прогнозам. За словами дослідників, ці відкриття можуть стати фундаментом для більш точного контролю за поведінкою електронів. Це відкриває шлях до підвищення ефективності напівпровідникових пристроїв, розвитку квантових обчислювальних систем та створення надшвидких лазерів нового покоління.
Наукова робота опублікована у журналі Physics Review Letters.