Ещё в 1980-х группа учёных, а среди них и известный швейцарский физик Маркус Бюттикер (Markus Büttiker), предсказала, что при определённых условиях в малых (порядка микрометра) нормальных проводниках — мезоскопических кольцах — могут "сами собой" течь незатухающие токи (persistent currents). Предполагалось, что это один из вариантов эффекта Ааронова-Бома (Aharonov-Bohm effect), а упрощённо говоря — одно из проявлений квантовых эффектов в проводящих системах, размеры которых меньше длины свободного пробега электрона.
Квантовая теория предсказывает многие аспекты поведения электронов в такой ситуации. Но хотя незатухающие токи уже наблюдались в экспериментах (с начала 1990-х), до сих пор не удавалось достаточно точно установить их параметры. Ведь даже надёжное обнаружение таких токов представляет собой большую проблему.
Токи эти крайне малы (практически речь идёт о единичных электронах, бегающих по кольцу), и внешнее вмешательство, без которого трудно представить измерение, – губит их. К тому же миниатюрные кольца должны находиться при низкой температуре (порядка одного кельвина), хотя и выше той, при которой в данном металле наблюдался бы уже совсем другой эффект — сверхпроводимости.
А поскольку измерительный зонд передаёт кольцу энергию, то есть нагревает его, — процедура поимки незатухающего тока превращается в настоящее искусство.
Все трудности построения такой системы удалось преодолеть группе под руководством Молер. Они создали 33 кольца из сверхчистого золота и разместили их на подложке, которая забирает тепло, попадающее к кольцам от измерительной системы.
Последняя — тоже необычна: это микроскоп SQUID (superconducting quantum interference device), способный чувствовать сверхслабые магнитные поля, подобные тем, что производят незатухающий ток в кольце.
В отличие от других сходных опытов авторам нового эксперимента удалось померить параметры тока в каждом кольце индивидуально, причём общее число замеров составило 10 миллионов.
В частности, учёные меняли температуру колец (хотя и не в очень больших пределах), получив зависимость амплитуды тока от нагрева (по мере подъёма температуры незатухающий ток слабеет). Зависимость оказалась хорошо согласованной с теоретическими расчётами.
Также в опыте чётко наблюдались отличия в параметрах токов в тех или иных кольцах, что было обусловлено индивидуальными физическими различиями колец.
А период колебаний в магнитном потоке, вызванный током в кольце, оказался почти в точности равен величине h/e, что опять-таки предсказывала теория.
Источник: MEMBRANA.RU