Сотрудники Стэнфордского и Мэрилендского университетов (США) предложили новый метод оценки постоянной тонкой структурыα

Сотрудники Стэнфордского и Мэрилендского университетов (США) предложили новый метод оценки постоянной тонкой структурыα.Постоянная, введённая немецким физиком Арнольдом Зоммерфельдом в 1916 году, характеризует электромагнитное взаимодействие.

В системе СГСЭαопределяется выражением

e²•(ћ•c)^-1,

гдеe—заряд электрона,ћ=h•(2•π)^-1—приведённая постоянная Планка,c—скорость света. Размерностиαне имеет, а её значение близко к 1/137.

Разрабатывая свой способ измерения, авторы ориентировались на уже известные топологические эффекты в физике конденсированных сред, которые используются для определения постоянных. Так, наблюдение эффекта Джозефсона в сверхпроводниках позволяет измерять квант магнитного потокаΦ₀=h•(2•e)^-1,а холловская проводимость в квантовом эффекте Холла квантуется в единицахG₀=e²/h.Объединение этих измерений даёт наиболее точное значение постоянной Планка.

Американцы рассматривают сравнительно недавно открытый класс материалов, называемых топологическими изоляторами. Теоретически предсказано, что в этих материалах, которые демонстрируют металлическую проводимость у поверхности, но в объёме ведут себя подобно диэлектрикам, должен проявляться«топологический магнитоэлектрический эффект»,квантуемый в единицахα.

Схема эксперимента. ТИ—топологический изолятор,θKиθF—углы Керра и Фарадея. (Иллюстрация из журнала Physical Review Letters.)

В предложенной схеме измерений тонкий образец топологического изолятора располагается на обычной непроводящей подложке и помещается во внешнее магнитное поле,направленное перпендикулярно ему. На образец направляется излучение, после чего экспериментаторы должны определить углы керровского и фарадеевского вращения. Поясним: керровским вращением называют изменение направления поляризации отражённого света, фарадеевским—то же в случае света, прошедшего сквозь оба слоя.

Если физики сумеют выполнить такое измерение, то по довольно простой формуле, связывающей два угла, они рассчитаютα.В опыте можно использовать любой доступный топологический изолятор: (Bi₂Se₃, Bi₂Te₃, Sb₂Te₃,соединения таллия), поскольку от его характеристик—диэлектрическойεи магнитнойμпроницаемости—результат не зависит.

По словам одного из участников исследования Шоу-Чэн Чжана (Shou-Cheng Zhang), работы по регистрации«топологического магнитоэлектрического эффекта»сейчас проводятся сразу в трёх лабораториях.

Полная версия отчёта опубликована в журналеPhysical Review Letters;препринтстатьи можно скачать с сайтаarXiv.

Подготовлено по материаламPhysicsworld.Com.

Источник