苏黎世联邦理工学院 半导体极化腔准周期图案化的临界状态
学分:阿尔托大学，何塞·拉多 理论和实验工作的结合产生了一种新的机制，通过这种机制，临界性出现在准周期结构中——这一发现为有序和无序之间的中间地带的物理学提供了独特的见解
准周期结构是有序的，但不是严格周期性的，是自然、艺术和科学中非凡美的源泉
对物理学家来说，准周期序在美学和智力上都很有吸引力
在周期结构中被很好描述的许多物理过程，当它们发生在准周期系统中时，会从根本上改变它们的性质
加上量子力学，惊人的新现象可能会出现，但仍未被完全理解
苏黎世联邦理工学院理论物理研究所的奥德·齐伯伯格和巴黎萨克莱大学的CNRS物理学研究人员杰奎琳·布洛赫以及里尔大学的阿尔贝托·阿莫斯领导的国际团队在《自然物理学》杂志上撰文，描述了他们将理论和实验相结合的工作，在这些工作中，他们建立了多种多样的工具来探索一维准周期环境下阿迪量子系统的行为，并展示了他们发现新物理机制的方法的力量
错综复杂的美 准周期结构的本质和美可以通过考虑楼板来把握
使用相同的块，例如三角形、正方形或六边形，重复简单的图案，可以容易地平铺地板而没有间隙
但是一个平面也可以完全被不重复的图案所覆盖，并且只使用两种类型的菱形瓷砖，正如英国物理学家和数学家罗杰·彭罗斯所著名的那样(见图)
在这种情况下，即使局部配置出现在不同的地方，整体模式也不能通过平移和旋转与其自身叠加
因此，这些系统占据了周期性和随机无序结构之间的某种中间地带
在中间地带，有有趣的物理学有待探索
拿一个完美有序的水晶
在那里，周期性允许电子通过材料的波状传播，例如在金属中
如果水晶完美被引入的无序扰乱，行为就会改变
对于低水平的无序，该材料仍能导电，但不太好
然而，在某种程度的无序中，电子停止传播并集体定位，这一过程被称为安德森定位
对于周期晶格，这种效应最早是在1958年描述的(由1977年诺贝尔物理学奖获得者菲利普·安德森于今年3月29日逝世)
但是这种过程如何在准周期结构中发生仍然是一个活跃的研究领域
深刻的插值 准周期系统描述了一系列非常规的物理现象，但是对于准周期结构中的波传播却没有一个总体框架
然而，有各种各样的模型使得研究运输和本地化的特定方面成为可能
这种模型的两个典型例子是奥布里-安德烈模型和斐波那契模型，它们都描述了不同的物理现象，尤其是在局部化性质方面
在奥布里-安德雷模型中，有两个不同的参数区域，在这两个区域中，粒子可以处于“扩展”或局域状态(与电子可以在材料中传播或处于绝缘状态的意义相同)
相比之下，在斐波那契模型中，没有一个特定的临界点将两种状态分开，但是对于任何参数，系统都处于局部和扩展之间的临界状态
尽管这两种模式的行为截然不同，但它们是相互联系的，并且可以不断地相互转化
这是当时在以色列魏茨曼科学研究所工作的齐伯伯格在2012年与同事亚科夫·克劳斯的突破性工作中展示的东西
剩下的问题是这两种如此不同的本地化行为是如何联系在一起的
理论和实验工作的结合揭示了一种新的机制，通过这种机制，临界性出现在准周期结构中——这一发现提供了对处于有序和无序中间地带的物理学的独特见解
信用:苏黎世联邦理工学院/PHYS·奥德·齐伯贝格 积累新的见解 为了回答这个问题，齐伯伯格和他的博士
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学生安东尼奥·什特尔卡尔和他以前的博士后何塞·拉多(现在在阿尔托大学)与CNRS的实验学家杰奎琳·布洛赫和阿尔贝托·阿莫斯及其博士合作
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学生瓦伦丁·戈洛特(现就职于意法半导体公司)
法国物理学家已经完善了一个光子平台——所谓的腔极化晶格——在这个平台上，光可以被引导通过半导体纳米结构，同时经历类似于作用于穿过晶体的电子的相互作用
重要的是，他们找到了在光子线中产生准周期调制的方法，这使得他们能够在任何系统中第一次实验性地实现克劳斯-齐伯伯格模型
在这些光子准晶体上进行的光谱实验为直接成像系统中的光定位提供了极好的可能性
通过结合他们的理论和实验工具，研究人员能够追踪奥布里-安德烈模型是如何演变成对斐波那契模型的极限完全关键的
与天真的期望相反，该团队表明，这并不是以一种平稳的方式发生的，而是通过一连串的本地化-非本地化转变来实现的
例如，从奥布里-安德烈模型中粒子被定域的区域开始，在级联过程的每一步，能带在相变中合并，在此期间粒子穿过材料
在级联跃迁的另一边，局域化大致加倍，随着奥布里-安德烈模型变形为斐波那契模型，它的状态逐渐走向完全临界
这种情况与一堆大米一粒一粒地被添加时的情况有些相似
在一段时间内，新添加的谷物将停留在它们降落的地方
但是一旦着陆点的坡度超过临界陡度，就会引发局部雪崩，导致部分桩表面重新排列
重复这个过程最终会导致一个静止的堆，其中一个额外的颗粒会引发任何相关尺寸尺度的雪崩——一个“临界”状态
在准周期系统中，由于所涉及的粒子的量子性质，情况更加复杂，这意味着这些粒子不像粒子一样运动，而是像波一样干涉
但在这种情况下，也发生了向整体临界状态的进化，就像在稻堆中，通过一连串的离散转变
通过对临界级联的理论描述和实验观察，研究小组成功地将两个准周期链聚合模型上的量子现象联系起来，为临界的出现增添了独特的见解
此外，他们还为进一步的探索开发了一个灵活的实验平台
这些实验的意义远远超出了光的特性
电子、原子和其他量子实体的行为受同样的物理学支配，这可能会激发出新的设备量子控制方式
正如准周期模式的吸引力超越了学科，激发科学和最终技术进步的潜力似乎同样是无限的
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