Pristupačnost
U najnovijem broju časopisa Laser and Photonics Reviews, Frane Lunić i Hrvoje Buljan s Fizičkog odsjeka PMF-a, objavili su rad naslovljen Wavepacket Self-Rotation and Helical Zitterbewegung in Symmetry-Broken Honeycomb Lattices.
Zitterbewegung je pojava koju je predvidio E. Schrödinger 1929. godine, a koja slijedi iz relativističke Diracove valne jednadžbe; predikcija je da očekivana vrijednost položaja relativističkih elektrona (i drugih čestica koje se gibaju u skladu s relativističkom Diracovom jednadžbom) vrlo brzo oscilira frekvencijom 2mc2∕ℏ. Međutim, ta je frekvencija prevelika da bi ju trenutni eksperimenti mogli opaziti. Standardna interpretacija pojave Zitterbewegunga se poziva na interferenciju stanja pozitivne i negativne energije.
Poznato je da elektroni koji se gibaju u grafenu (slika a), ukoliko su niske energije (blizu tzv. Dirakove točke), zadovoljavaju 2+1D Diracovu jednadžbu sa iščezavajućom efektivnom masom. Ukoliko se slomi inverzna simetrija te rešetke, otvara se energetski procjep i efektivna Diracova jednadžba koja opisuje niskoenergetske elektrone dobije maseni član (slika a i c). Ta je činjenice iskorištena u 2D fotoničkoj rešetci tako da propagaciju svjetlosti u istoj opisuje 2+1D Diracova jednadžba sa masenim članom (to je aproksimacija koja se može izvesti iz Maxwellovih jednadžbi); dakle, radi se o klasičnoj fizici gdje dinamiku opisuju jednadžbe identične onima u relativističkoj kvantnoj fizici, ali 2+1D.
Lunić i Buljan su analizirali pojavu Zitterbewegunga u tom sustavu teorijski, a njihovi suradnici eksperimentalno. Povezali su Zitterbewegung sa pojavom Berryjeve zakrivljenosti u tom sustavu te pokazali kako helicitet oscilacija ovisi o smjeru Berryijeve zakrivljenosti (slika b i g). Nadalje, pružili su novu teorijsku interpretaciju Zitterbewegunga kao interferenciju valnog paketa koji je zvonolikog oblika, sa valnim paketom koji ima topološki defekt (vrtlog), koja je jednostavnija za pojmiti (barem autorima 😊) od standardne interpretacije. Takva interferencija rezultira spiralnim oblikom intenziteta svjetlosti (analogon gustoće vjerojatnosti u kvantnom sustavu) prikazanim na slici (slike d-f). Teorijski su rezultati potkrijepljeni eksperimentom.
Rad se nalazi na poveznici:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202000563
https://arxiv.org/abs/2012.04960
