Tečúci 2D „supersolid“ bez trenia vytvorený prvýkrát

Fyzici ako významný úspech prvýkrát v laboratóriu vyrobili dvojrozmerný supertuhý materiál.

Môže to znieť neuveriteľne skomolene, ale je to výkon, na ktorom vedci pracovali viac ako 50 rokov. Supersolids sú zvláštne látky, v ktorých sú atómy usporiadané v usporiadanej štruktúre pevnej látky, napriek tomu môžu prúdiť bez trenia, rovnako ako superfluid.

Pred dvoma rokmi, Fyzici úspešne vytvorili Supersolid Použitie ultra studených magnetických atómov … ale iba jednorozmerne. Teraz sa tímu rakúskych vedcov podarilo prvýkrát vytvoriť kryštálovú štruktúru v 2D; Výsledok umožní fyzikom testovať a experimentovať s podivnými fenoménmi vedy o materiáloch.

„Na zobrazenie supertuhého materiálu vezmite do úvahy kocku ľadu ponorenú v tekutej vode s prúdením vody kockou bez trenia,“ píše fyzik Bruno Laberthe-Tollera z laserového fyzikálneho laboratória v Paríži. V článku News & Views uverejnené s novým referátom v príroda Dnes.

Táto zvláštna dualita znamená, že supersolid sa nazýva kvantovo mechanický stav hmoty.

Dôvodom je to, že rovnako ako ostatné kvantové javy (spleti myšlienok alebo Schrödingerova mačka) sú častice v super pevnom stave zablokované v pevnej pevnej štruktúre, ale sú súčasne delokalizované, čo im umožňuje stať sa jedinou časticou. Umožňuje správať sa ako vlna a voľne plynúť. bez trenia v celej pevnej látke.

Supersolidita bola prvýkrát predpovedaná v roku 1969 a bola dlho študovaná v superfluidnom héliu, ktoré bolo považované za najlepšieho kandidáta na nájdenie dôkazov o pevnej kryštalickej štruktúre s vlastnosťami superfluidu. Napriek desaťročiam výskumu zostala supersolidita v héliu nepolapiteľná.

Nedávno vedci upriamili svoju pozornosť na ultra studené kvantové plyny-oblaky vysoko magnetických atómov, ktoré sa ochladzujú hlboko pod absolútnou nulou. Skutočnosť, že tieto atómy sú magnetizované, znamená, že interagujú unikátnymi spôsobmi, ktoré môžu viesť k tomuto podivnému kvantovo mechanickému stavu supersolidity.

„Vo všeobecnosti by ste si mysleli, že každý atóm sa nachádza v konkrétnej kvapôčke bez toho, aby sa medzi nimi dalo pohybovať,“ Fyzik zapojený do nového prelomu, hovorí Matthew Norcia z Univerzity v Innsbrucku v Rakúsku.

„V superšedom stave je však každá častica prítomná súčasne vo všetkých kvapôčkach. V zásade teda máte systém so sériou oblastí s vysokou hustotou (kvapôčky), ktoré všetky zdieľajú rovnaké delokalizované atómy.“

Zatiaľ čo rakúsky tím viedla Francesca Ferleno, kvantový fyzik z Univerzity v Innsbrucku a Rakúskej akadémie vied. jeden z mnohých Vytvoriť reťazec kvapôčok s jedným rozmerom preukázala supersoliditu späť v roku 2019potrebovali zmeniť svoj magnetický model, aby vytvorili 2D verziu s radmi dvoch alebo viacerých kvapôčok.

Tento najnovší úspech otvára javy, ktoré môžu skúmať s týmito podivnými oblakmi plynu.

„Napríklad v dvojrozmernom supertuhom systéme je možné študovať, ako sa víry tvoria v dierach medzi niekoľkými susednými kvapôčkami,“ hovorí norsia.

„Tieto víry popísané v zásade ešte neboli preukázané, ale predstavujú dôležitý dôsledok pretečenia.“

O tomto podivnom superšedom kvantovom plyne sa ešte dá veľa naučiť; Vedci si napríklad nie sú istí, či môžu vytvoriť väčší superpevný materiál, pretože stav hmoty je mimoriadne citlivý na magnetickú pascu, ktorú vytvoria.

Ale zatiaľ skutočnosť, že sa tímu podarilo vytvoriť prvé 2D supersolids, je sama o sebe obrovským úspechom, ktorý je v podstate veľkým pochopením tejto zvláštnej situácie a neviditeľných, kvantových síl, ktoré riadia našu realitu.

bol vykonaný výskum Vydaný v príroda.