Новости науки
22.02.01 Квантовое отражение атомов от поверхности
Квантовая механика предсказывает очень забавный эффект: отражение
частиц от любых сильных скачков потенциала, в том числе и от потенциальной
ямы. Причем, чем медленнее движется налетающая частица, тем сильнее
отражение. Теоретический обсчет этого явления по силам и студенту,
а вот его экспериментальное наблюдение -- задача далеко не простая.
Однако, как сообщается в статье [F.Shimizu, Phys.Rev.Lett. 86
(2001) 987], этот эффект все-таки можно наблюдать.
В этой работе были проведены эксперименты по отражению
медленных атомов неона, находившихся в метастабильном состоянии,
от атомарно чистой кремниевой поверхности.
На самом деле, отражение происходило не от самой поверхности,
а от притягивающего ван-дер-ваальсового потенциала, то есть
на некотором расстоянии от поверхности. Дело в том,
что ван-дер-ваальсовый потенциал имеет очень резкую зависимость
от расстояния между частицами. Поэтому если налетающие частицы
имеют достаточно малую нормальную скорость, то есть, достаточно
большую длину волны, то этот "провал" потенциальной энергии
и будет приводить к квантовому зеркальному отражению атомов.
Такое отражение и наблюдалось в эксперименте: при
нормальных скоростях порядка 1 мм/сек коэффициент отражения достигал
30%. Теоретический расчет в квазиклассическом приближении
коэффициентов отражения вполне воспроизводил результаты опытов.
Может возникнуть естественный вопрос: а почему делается вывод,
что это -- отражение от притягивающего потенциала,
а не от непосредственно самой поверхности твердого тела?
Ответ заключается в том, что, во-первых, отражение от поверхности
в таком случае
было бы не зеркальным, а рассеянным, диффузным. А эксперимент
ставился именно по наблюдению зеркального отражения.
Кроме этого, важным было и то, что в опытах использовались
метастабильные состояния атомов. При непосредственном контакте
с поверхностью такие атомы с большой вероятностью переходят в основное
состояние, в то время как при квантовом зеркальном отражении
метастабильное состояние атомов сохраняется.
В целом, кроме иллюстрации квантовомеханического явления, эксперимент
демонстрирует собой и новую методику исследования взаимодействия
нейтральных частиц с поверхностью твердого тела.
|