Springen naar inhoud

- - - - -

Natuurkundigen zien elektron opsplitsen


  • Log in om te kunnen reageren

#1

Wien Ee

    Wien Ee


  • >1k berichten
  • 3133 berichten
  • VIP

Geplaatst op 22 april 2012 - 14:02

Wetenschappers hebben het verval van een elektron in twee afzonderlijke deeltjes ontdekt. Ieder van de twee deeltjes gaat er met een specifieke eigenschap van het elektron vandoor: een spinon met de spin – waardoor een elektron op een minuscule magneet lijkt – en een orbiton met het draaimoment van het elektron dat ontstaat doordat het elektron rondom de atoomkern beweegt. Deze nieuwe deeltjes zitten opgesloten in het materiaal waarin ze zijn geproduceerd.

Geplaatste afbeelding
Weergave van een elektron dat zich opsplitst in twee nieuwe deeltjes
Een spinon dat het magnetische moment van het elektron wegdraagt en een orbiton dat het draaimoment van het elektron bezit.


Elektronen zijn fundamentele deeltjes met karakteristieke eigenschappen zoals elektrische lading en ‘spin’. De spin zorgt ervoor dat we elektronen kunnen beschouwen als kleine magneetjes, die uiteindelijk ook voor magnetische effecten in materialen zorgen. Daarnaast bezitten elektronen in een materiaal nog een eigenschap genaamd ‘orbitaal moment’, gerelateerd aan de draaibeweging om de atoomkern. Normaal gesproken zijn spin en orbitaal moment gekoppeld aan één enkel elektron. In een experiment zijn de beide eigenschappen nu voor het eerst ontkoppeld.

Röntgenstralen splitsen een elektron in een spinon en orbiton
Dat een elektron zich opsplitst in twee deeltjes kon worden afgeleid uit metingen aan de koperoxide-verbinding Sr2CuO3. Dit materiaal heeft de unieke eigenschap dat elektronen zich er slechts in één richting kunnen bewegen: vooruit of achteruit. Met röntgenstraling konden de wetenschappers sommige elektronen van de koperatomen van Sr2CuO3 naar hogere banen om de atoomkern aanslaan (naar hogere en energierijkere orbitalen). Daarna splitsten de vrijheidsgraden van het elektron zich: het spinon draagt de spin van het elektron weg terwijl het orbiton er met de extra orbitaal energie vandoor gaat. Het is voor het eerst dat de spin- en orbitaal vrijheidsgraden van elektronen ontkoppelen en van elkaar gescheiden raken.
In het experiment worden zeer energierijke röntgenstralen op het Sr2CuO3 materiaal afgevuurd. Door de energie en impuls van de röntgenstralen voor en na de interactie met het materiaal te vergelijken, konden de natuurkundigen de eigenschappen van de nieuw gevormde deeltjes traceren.

Elektron-splitsing ook te verwachten in andere materialen
Het team van theoretici zorgden voor een nauwkeurige theoretische interpretatie van de resultaten. “Het was al enige tijd bekend dat de elektronen in bepaalde materialen in principe opgesplitst konden worden, maar empirisch bewijs voor het bestaan van spinonen en orbitonen was er nog niet.” De interpretatie van de experimentele gegevens werd mogelijk door de gedetailleerde state-of-the-art berekeningen aan de spindynamica van het materiaal. “Nu we precies weten waar we naar ze moeten zoeken, verwachten we dat we deze nieuwe deeltjes in vele andere materialen zullen vinden.”

Resultaten dragen mogelijk bij aan verklaring hoge-temperatuur supergeleiding
De waarneming van opsplitsing van elektronen zou belangrijke gevolgen voor de zoektocht naar hoge-temperatuur supergeleiders kunnen hebben. Door de overeenkomsten in het gedrag van elektronen in het Sr2CuO3 materiaal en in koper-bevattende supergeleiders, kan een beter begrip van het principe achter de elektronsplitsing mogelijk helpen om het –tot dusverre onbegrepen– fenomeen van hoge-temperatuur supergeleiding verklaren.


Meer lezen:
Paul Scherrer Institute


Wetenschappelijke publicatie:
J. Schlappa, et al.: Spin–orbital separation in the quasi-one-dimensional Mott insulator Sr2CuO3


Bron: Universiteit van Amsterdam
Heb je interesse in journalistiek? Wij zoeken versterking! Speurwerk, deel van het team, meer weten: klik.

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Michel Uphoff

    Michel Uphoff


  • >5k berichten
  • 5385 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 22 april 2012 - 15:28

Ik heb begrepen dat een elektron in een atoom drie quantumeigenschappen heeft; spin, lading en moment, en dus gesplitst zou kunnen worden in drie quasi-deeltjes; spinons, holons en orbitons.

Spinon en orbiton eigenschappen lijken in dit experiment afzonderlijk waargenomen, maar waar is het holon?

Overigens is het elektron nog steeds ondeelbaar naar ik begrepen heb, en is de term 'opsplitsen' te suggestief.

Veranderd door Uphoff, 22 april 2012 - 15:35

Motus inter corpora relativus tantum est.

#3

Benm

    Benm


  • >5k berichten
  • 8804 berichten
  • VIP

Geplaatst op 23 april 2012 - 00:26

Moet ik daarmee begrijpen dat het electron niet gesplitst wordt, maar dat de spin overgedragen worden op 1 deeltje, en het moment op een ander deeltje?

En blijft het electron dan achter zonder spin en moment, maar met de -1 lading, dus feitelijk gewoon als electron?
Victory through technology

#4

Michel Uphoff

    Michel Uphoff


  • >5k berichten
  • 5385 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 23 april 2012 - 08:31

Voorzover ik begrepen heb, mag je die quasideeltjes niet als echte deeltjes beschouwen. Ik zie het zo: Men is er in geslaagd quantumeigenschappen van een electron afzonderlijk waar te nemen middels quasideeltjes

Maar media overdrijven of oversimplificeren graag en zetten zoals zo vaak daarmee de mensen op het verkeerde been.
Motus inter corpora relativus tantum est.

#5

Wien Ee

    Wien Ee


  • >1k berichten
  • 3133 berichten
  • VIP

Geplaatst op 23 april 2012 - 19:30

De BBC schrijft:

Electrons can divide into "quasi-particles", in which their fundamental properties can split up and move around like independent particles.


Zie verder hun artikel over het onderzoek.

Veranderd door confusie, 23 april 2012 - 19:32

Heb je interesse in journalistiek? Wij zoeken versterking! Speurwerk, deel van het team, meer weten: klik.

#6

eendavid

    eendavid


  • >1k berichten
  • 3751 berichten
  • VIP

Geplaatst op 26 april 2012 - 11:09

Het is inderdaad nogal belangrijk om te vermelden dat het om quasideeltjes gaat, niet over fundamentele deeltjes. Zie spin-charge separation. Dit is zeker niet de eerste keer dat dit effect wordt waargenomen.

'Opsplitsen in meer fundamentele quasideeltjes' is gedrag dat vaker optreedt. Zo is er ook het fractionele quantum hall effect, waarbij quasideeltjes ontstaan met fractionele lading.

#7

joren

    joren


  • >100 berichten
  • 112 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 26 april 2012 - 15:45

kunnen quasi deeltjes zich ook afzonderlijk van elkaar verplaatsen dan of is het meer zoals bij quarks dat de quasideeltjes steeds met elkaar verbonden blijven en niet afzonderlijk kunnen voorkomen?
"When you have eliminated the impossible, whatever remains, however improbable, must be the truth.
-- Sir Arthur Conan Doyle

#8

Michel Uphoff

    Michel Uphoff


  • >5k berichten
  • 5385 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 26 april 2012 - 20:33

@Joren

Je moet het m.i. meer zó zien: Die quasi-deeltjes zijn geen fysieke deeltjes, maar te detecteren afzonderlijke quantumeigenschappen van het elektron, die het beste begrepen kunnen worden door ze als een deeltje te beschouwen. Daarmee zijn het dus geen deeltjes.

Een aardig voorbeeld hiervan is de 'gatenstroom', dat is de stroom van positief geladen quasideeltjes door een halfgeleider. In feite zijn het natuurlijk negatief geladen deeltjes, elektronen, die de tegenovergestelde kant opreizen. Maar ga je deze laatste deeltjesstroom echt analyseren, dan blijkt ze uitermate complex.

Het uiteindelijke gedrag als resultaat van die zeer complexe interacties van elektronen met de omgeving is veel eenvoudiger te begrijpen dmv zo'n positief geladen quasideeltje "electron hole".
Motus inter corpora relativus tantum est.





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures