Классический маятник часов качается дальше и назад с четко определенным удлинением и скоростью в любой момент вовремя. Во время этого движения полная энергия постоянная и зависит от начального удлинения, которое может быть выбрано произвольно. Генераторы в квантовом мире атомов и молекул ведут себя вполне по-другому: у их энергии есть дискретные ценности, соответствующие различным квантовым состояниям.
Местоположение атома в единственном квантовом состоянии генератора описано независимой от времени волновой функцией, означая, что нет никаких колебаний.Колебания в квантовом мире требуют суперположения различных квантовых состояний, так называемой последовательности или wavepacket. Суперположение двух квантовых состояний, последовательности с одним фононом, приводит к атомному движению близко к классическому маятнику.
Намного более интересный последовательность с двумя фононами, по-настоящему неклассическое возбуждение, для которого атом в двух различных положениях одновременно. Его скорость неклассическая, означая, что атом перемещается в то же время и направо и налево как показано в фильме. Такие движения существуют в течение многих очень короткого времени только как четко определенное суперположение распадов квантовых состояний так называемым decoherence в нескольких пикосекундах (1 пикосекунда = 10-12 с). Последовательность с двумя фононами очень релевантна в новой области исследования кванта phononics, где скроено атомные движения такой, как сжато и/или запутано фононы исследованы.
В недавнем выпуске Physical Review Letters исследователи от Института Макса Борна в Берлине применяют новый метод двумерного терагерца (2D-THz) спектроскопия для создания и анализа неклассической последовательности с двумя фононами с огромными пространственными амплитудами. В их экспериментах последовательность трех запертых фазой импульсов THz взаимодействует с 70-μ m густой кристалл полупроводника InSb и электрическое поле, излученное движущимися атомами, служат исследованием для отображения фононов в режиме реального времени.
Двумерные просмотры, по которым различна временная задержка между тремя импульсами THz, показывают сильные сигналы с двумя фононами и показывают их временную подпись [Рис. 1]. Подробный теоретический анализ показывает, что многократные нелинейные взаимодействия всех трех импульсов THz с кристаллом InSb производят сильные возбуждения с двумя фононами.Эта новая экспериментальная схема позволяет впервые начинаться и обнаруживать большую амплитуду последовательность с двумя квантами колебаний решетки в кристалле.
Все экспериментальные наблюдения находятся в превосходном соглашении с теоретическими вычислениями. Этот новый тип 2D спектроскопии THz прокладывает путь к созданию, анализу и управлению другими низкоэнергетическими возбуждениями в твердых частицах, таких как magnons и переходы между землей и взволнованными государствами экситонов и примесей с последовательностями многократного пульса.Фильм: Визуализация неклассической квантовой последовательности в вопросе.
Эти две параболы (черные кривые) показывают поверхности потенциальной энергии гармонических генераторов, представляющих колебания атомов в прозрачном теле вокруг их положений равновесия, т.е., так называемые фононы. Синие кривые: вероятность присутствия атомов в различных пространственных положениях в тепловом равновесии. Квант механический принцип неуверенности требует конечной ширины таких функций распределения. Красные кривые: распределения вероятности с временной зависимостью последовательных колеблющихся государств в вопросе.
Последовательность с одним фононом (оставленный группу): квант механическое движение атомов напоминает классическое движение маятника (голубой шар). Последние шаги во время колебания или слева направо или наоборот. Последовательность с двумя фононами (правильная группа): квантовая механика позволяет также для того, чтобы начать неклассическое государство с механическим квантом свойством, что атом может быть в двух положениях одновременно.
Скорость атомов ведет себя также неклассическая, т.е., шаги атома в то же время и направо и налево. В случае прекрасного гармонического генератора ток двух частей атома точно отменяет друг друга. Таким образом маленький ангармонизм необходим, чтобы наблюдать эмиссию последовательного переходного процесса электрического поля как показано на Рис.
1 (c).http://www.mbi-berlin.de/images/highlights/movie/InSbmovie7.avi