О бабочках, нейтрино и фракталах


Свершилось! - ученые отловили-таки то, что давно, еще лет сорок тому назад, хотели отловить - бабочку Хофштадтера. Если кто-то не знает, что это за бабочка такая, отныне знайте – это некая энергетическая или, скорее, фрактальная структура, визуально напоминающая бабочку. Предположение о ее существовании не раз приходила в голову американскому физику Дугласу Хофштадтеру еще в середине 70-х гг. XX века. Да и других ученых эта догадка, витающая в воздухе, сильно интриговала, но заполучить эту структуру экспериментально никак не удавалось.

Подобные фракталы по сути – это графические изображения колебаний, порождаемых потенциальной энергией электронов на 2-мерной атомной решетке (к примеру, на графеновом слое).

Фрактальным паттернам под силу проиллюстрировать процессы, происходящие в традиционной физике (имеются в виду ее привычные разделы), но на «территорию» квантового мира они редко «вхожи». Вот почему получение бабочки Хофштадтера представляется очень большой удачей.

Вот изображение бабочки, кружащейся над плоскостью, которая, согласно задумке художника (или его главной концепции), иллюстрирует графеновый слой (с подложкой из нитрида бора).


***


Википедия

Следующая картинка – это та же самая бабочка, но уже в виде фрактала, отображающего решения несравненного уравнения Харпера.


***

Сочетание обычного графена с графеном белым, относящимся к изоляторам, дает потрясающих «бабочек»:

***

Если вы думаете, что ученые занимаются этими вещами на досуге, играются, так сказать, в свое удовольствие, то вы сильно ошибаетесь. Конечно же, это не так. Например, применение белого графена оправдывает себя в качестве основы и подложки в электронике – в планшетах, ноутбуках, сотовых телефонах и других гаджетах. Благодаря ему, удается сократить толщину электронных устройств и увеличить их гибкость. К тому же белографеновая подложка показывает в сотни раз, а то и в тысячи бо́льшую манёвренность (мобильность) электронов, чем на прочих. Это редкое свойство можно использовать при производстве передатчиков данных, несравненно более быстрых по сравнению с теми, что есть сегодня. Ну, а то, что при научных изысканиях у ученых получаются такие удивительные бабочки, можно считать подтверждением фразы «математика есть гармония и красота» (физика и химия туда же) или… приятным бонусом за часы, месяцы и годы научных экспериментов.

А теперь – еще ближе к науке и истории

Электронами – носителями тока в графене могут формироваться специфичные структуры, называемые фермионами Дирака. Они могут копировать релятивистские безмассовые частицы (вернее, имитировать их действия), напоминая собою нейтрино. При исследовании подлинных нейтрино ученым приходится мириться с колоссальными материальными расходами и осваивать сложные приборы и устройства. Между тем способность моделировать эти частицы – одно из замечательных свойств графена.

Учеными из Манчестерского университета был найден метод, с помощью которого удалось сформировать несколько «клонов» одного из фермионов Дирака. Исследователи разместили графен над пластиной нитрида бора таким образом, чтобы ряду электронов графена стало по силам «ощущение» некоторых атомов азота и бора. После обработки на такой «атомной стиральной доске» (говорят, процесс действительно напоминает действие с этим бытовым предметом, правда, очень отдаленно), у электронов появляется способность к формированию новоиспеченных копий настоящего фермиона Дирака. Сила магнитного поля увеличивает количество новых «клонов», и в итоге мы видим затейливый и достаточно сложный рисунок – ту самую бабочку Хофштадтера.

Точно такие же результаты получены экспериментаторами из университета в Колумбии, занимающимися исследованием квантового эффекта Холла и использующими то же сочетание графена и нитрида бора под мощным магнитным полем. Да и исследования специалистов из MIT (Массачусетского технологического института) увенчались тем же успехом. Так что долгожданная «бабочка» явилась сразу нескольким ученым или группам ученых, работающим в данном направлении.

Меня же вот что не перестает удивлять: в каком бы направлении ни шли изыскания ученых – математиков ли, физиков ли, химиков… полученные ими результаты представляют собой не только практическую ценность или даже открытие, но и – красоту, часто – гармонию. Уравнения и формулы превращаются в настоящие произведения искусства – волшебные, завораживающие. По крайней мере именно так выглядит бабочка Хофштадтера – по сути, удивительная фрактальная структура, которой по определению суждено быть потрясающей, сказочной.

Пост подготовила @bovary для сообщества Fractal
TEXT.RU - 91.97%


Дизайн: @dasarts

фракталнаукаfractal-sciencevp-fractalvox-populi
180
259.835 GOLOS
0
В избранное
Fractal
На Golos с 2017 M09
180
0

Зарегистрируйтесь, чтобы проголосовать за пост или написать комментарий

Авторы получают вознаграждение, когда пользователи голосуют за их посты. Голосующие читатели также получают вознаграждение за свои голоса.

Зарегистрироваться
Комментарии (9)
Сортировать по:
Сначала старые