Исследователь из Университета Тохоку обнаружил, что сила взаимодействия между электронами и колебаниями кристаллической решётки (фононами) не непрерывна, а квантуется. Более того, эта сила универсально связана с постоянной тонкой структуры (α ≈ 1/137) — одной из ключевых констант в физике.
Было установлено, что энергия, передаваемая при каждом взаимодействии, всегда кратна базовой величине, равной α, умноженной на постоянную Больцмана. Это означает, что примерно 1/137 часть энергии фонона передаётся электрону. Открытие сделано с помощью точной терагерцовой спектроскопии.
Объяснение явления аналогично комптоновскому рассеянию: электроны взаимодействуют не с самими фононами, а с испускаемыми ими фотонами.
Это фундаментальное квантовое правило имеет огромное значение для разработки новых материалов, полупроводников, сверхпроводников и квантовых устройств. Оно также может найти применение в науках о жизни, например, при изучении деления клеток. Открытие демонстрирует, что даже внутри кристаллов взаимодействия подчиняются универсальному языку квантовых констант.
Графическая аннотация. Источник: Chemical Physics Impact (2025). DOI: 10.1016/j.chphi.2025.100977
Дополнительная информация: Masae Takahashi, Electron–phonon coupling strength in hydrogen-bonded network crystals in the THz frequency range, Chemical Physics Impact (2025). DOI: 10.1016/j.chphi.2025.100977
Источник: https://phys.org/news/2025-12-electron-phonon-interactions-crystals-quantized.html