Пи-тон на кончике пера: теоретически предсказана новая квазичастица

Существование новой квазичастицы предсказали ученые венского Института физики твердого тела (Institute of Solid State Physics) в статье, опубликованной 31 января в журнале Physical Review Letters.

Результаты численного моделирования показали, что возможны случаи, когда в твердых телах два электрона и два позитрона могут существовать в связанном состоянии. Теоретики предложили рассматривать это состояние как новую квазичастицу. Свое открытие Анна Кауч (Anna Kauch), Петра Пудлинер (Petra Pudleiner), Карстен Хелд (Karsten Held) и их коллеги назвали пи-тон.

Ученые моделировали оптическую проводимость с целью изучить свойства экситонов. Однако, проанализировав результаты, исследователи пришли к выводу, что имеют дело с новой квазичастицей. Похожие результаты были получены ими при использовании различных моделей — Хаббарда, Паризера-Парра-Попла и Фаликова-Кимбала (Falicov-Kimball).

Теоретики пришли к выводу, что новые квазичастицы возникают в сильно коррелированных системах. Карстен Хелд прогнозирует, что пи-тоны будут наблюдаться в различных материалах и сослался на результаты экспериментов с титанатом самария, где, возможно, наблюдались пи-тоны.

Понятие квазичастиц вводится для того, чтобы упростить описание сложных систем, к которым относятся, в частности, твердые тела. Например, уравнения, которые описывают протекание тока в полупроводниках, хорошо согласуются с экспериментальными данными, если допустить, что заряд переносят не электроны, а заряженные частицы с массой, отличающейся от массы электрона. Если эти частицы заряжены отрицательно, то говорят об электронах проводимости, а если положительно — то о дырках.

Существуют и более сложные квазичастицы. Например, при воздействии кванта света на полупроводник может образоваться экситон — связанное состояние электрона проводимости и дырки, которое ведет себя подобно атому водорода.