Ypač kietos dvimatės kvantinės dujos, pirmą kartą pagamintos laboratorijoje.

Kvantinės dujos puikiai tinka tiriant mikroskopines sąveikos su medžiaga pasekmes. Šiandien mokslininkai gali tiksliai kontroliuoti atskiras daleles itin šaltuose dujų debesyse laboratorijoje, atskleisdami reiškinius, kurių neįmanoma stebėti kasdieniame pasaulyje. Pavyzdžiui, atskiri Bose-Einšteino kondensatoriaus atomai yra visiškai neapibrėžti. Tai reiškia, kad tas pats kukurūzai Jis yra bet kuriame kondensatoriaus taške bet kuriuo metu.

Prieš dvejus metus tyrimų grupė, kuriai vadovavo Francesca Ferlaino iš Insbruko universiteto Eksperimentinės fizikos katedros ir Austrijos mokslų akademijos Insbruko kvantinės optikos ir kvantinės informacijos instituto, pirmą kartą sugebėjo sukurti ypač kietą medžiagą. būsenos itin šaltomis sąlygomis. Magnetinių atomų kvantinės dujos. Dėl magnetinės sąveikos atomai susireguliuoja lašeliais ir išsidėsto taisyklingu būdu.

„Paprastai jūs manote, kad kiekvienas atomas gali būti rastas tam tikrame laše, jokiu būdu jų nepainioti“, – sako Matthew Norcia iš Francesca Ferlaino komandos. „Tačiau esant labai kietai būklei, kiekviena dalelė yra visuose lašeliuose, esančiuose vienu metu kiekviename laše. Taigi, iš esmės, jūs turite sistemą su daugybe didelio tankio regionų (lašų), kurie visi turi tą patį nenustatytą atomai „.

Ši ypatinga konfigūracija leidžia tokius efektus kaip nesitrinanti srovė, nepaisant erdvinio išdėstymo (perpildymas).

Nauji matmenys ir nauji efektai

Iki šiol superkietos būsenos kvantinėse dujose niekada nebuvo pastebėtos, išskyrus lašelių seriją (išilgai vieno matmens). „Bendradarbiaudami su teoretikais Luisu Santosu Hanoverio Leibnico universitete ir Russellu Bissetu Insbruke, mes dabar išplėtėme šį reiškinį į dvi dimensijas, sukurdami sistemas su dviem ar daugiau lašelių eilučių“, – aiškina Matthew Norcia. Tai ne tik kiekybinis pagerėjimas, bet ir kritiškai praplečia tyrimo perspektyvą.

„Pavyzdžiui, naudojant itin standžią 2D sistemą, galima ištirti, kaip skylėje tarp kelių gretimų lašelių susidaro sūkuriai“,-sako jis. „Šie aprašyti sūkuriai teoriškai dar nebuvo įrodyti, tačiau jie yra svarbi skysčio perpildymo pasekmė“, – Francesca Ferlaino jau žvelgia į ateitį. Eksperimentas, dabar paskelbtas žurnale „Nature“, sukuria naujas galimybes toliau tirti šios žavios materijos būsenos pagrindinę fiziką.

Nauja tyrimų sritis: supersolidai

Prieš 50 metų numatytas super kietumas su nuostabiomis savybėmis buvo išsamiai ištirtas super skysčiame helyje. Tačiau po dešimtmečius trukusių teorinių ir eksperimentinių tyrimų vis dar yra aiškių šios sistemos nelankstumo įrodymų. Prieš dvejus metus Pizos, Štutgarto ir Insbruko tyrimų grupėms pirmą kartą pavyko savarankiškai sukurti vadinamąsias superkietes medžiagas iš magnetinių atomų itin šaltose kvantinėse dujose. Naujos ir augančios supersolidų tyrimų srities pagrindas yra stiprus magnetinių atomų poliškumas, kurių sąveikos savybės leidžia laboratorijoje sukurti šią paradoksalią kvantinę mechaninę materijos būseną.

Nuoroda: „Dvipusis super kietumas dipolinėse kvantinėse dujose“ 2021 m. Rugpjūčio 18 d. gamta.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03725-7

Tyrimą finansiškai rėmė Austrijos mokslo fondas FWF, Federalinė švietimo, mokslo ir tyrimų ministerija bei Europos Sąjunga.