Kuvituskuva Pixabay
Tämä löytö merkitsee tärkeää vaihetta eksoottisten kvanttitilojen tutkimuksessa. Toisin kuin aiemmissa kokeissa, joissa käytettiin äärimmäisen kylmiä atomeja, tämä uusi lähestymistapa perustuu puolijohteeseen ja laseriin, tarjoten suurempaa kokeellista joustavuutta.
Aineen tila ainutlaatuisilla ominaisuuksilla
Supersolidit ovat materiaaleja, joita on teoreettisesti ennustettu 1960-luvulta lähtien. Ne omaavat järjestäytyneen kiteisen rakenteen, mutta käyttäytyvät kuin supernesteet, eli ilman viskositeettia. Nämä ristiriitaiset ominaisuudet johtuvat kvanttiefekteistä, jotka ilmenevät vain hyvin erityisissä olosuhteissa, joissa hiukkaset jakavat yhteisen vaiheen samalla kun ne järjestäytyvät avaruudellisesti energiansa minimoimiseksi.Tähän asti supersolidit on havaittu vain äärimmäisen kylmillä atomeilla, joissa kvanttiefektit hallitsevat. Nämä kokeet vaativat lämpötiloja, jotka ovat lähellä absoluuttista nollapistettä, rajoittaen käsittelymahdollisuuksia. Tämä uusi lähestymistapa, joka hyödyntää valon ja puolijohteen vuorovaikutuksesta syntyviä polaritoneja, mahdollistaa supersolidin luomisen huoneenlämmössä, mikä on ensimmäinen kerta alalla.
Polaritoneja, nämä hybridihiukkaset, yhdistävät valon ja aineen ominaisuudet. Ne mahdollistavat supersolidin ominaisuuksien toistamisen helpommin saavutettavassa ja hallittavassa järjestelmässä. Tämä edistysaskel avaa uusia tutkimusmahdollisuuksia kvanttiprosessien faasisiirtymien osalta ja voi vaikuttaa kvanttipohjaisten teknologioiden kehittämiseen.
Innovatiivinen kokeilu
Tutkijat käyttivät alumiini-galliumarseniidista valmistettua puolijohdetta, joka on yleinen materiaali optoelektronisissa teknologioissa. Ohjaamalla laseria tähän puolijohteeseen, he tuottivat polaritoneja, hybridihiukkasia, jotka syntyvät valon ja aineen vuorovaikutuksesta. Näitä kvasi-hiukkasia hallittiin mikroskooppisten harjanteiden kuvioilla, jotka oli kaiverrettu puolijohteeseen, mahdollistaen niiden liikkeen ja energian jäsentelyn.Nämä harjanteet olivat avainasemassa pakottaen polaritonia järjestäytymään supersoliditilaan. Tässä tilassa hiukkaset jakavat yhteisen vaiheen samalla kun ne minimoivat energiansa, luoden näin sekä järjestäytyneen että nesteen kaltaisen rakenteen. Tutkijat mittasivat tarkasti tämän uuden tilan ominaisuuksia, vahvistaen sekä sen kiteistä rakennetta että viskositeetin puutetta, kaksi olennaista ominaisuutta supersolidille.
Tämä kokeilu merkitsee murrosta perinteisiin menetelmiin verrattuna, jotka perustuivat äärimmäisen kylmiin atomeihin. Käyttämällä fotonista järjestelmää tutkijat ovat osoittaneet, että supersolidien luominen ja käsitteleminen on mahdollista vähemmän äärimmäisissä olosuhteissa. Tämä lähestymistapa avaa uusia näkymiä kvanttimateriaalien tutkimukseen ja voi helpottaa vielä tuntemattomien aineen tilojen löytämistä.
Lisätietoja: Mikä on polaritoni?
Polaritoni on hybridikvasi-hiukkanen, joka syntyy valon ja aineen vuorovaikutuksesta. Se muodostuu, kun fotonit, valon hiukkaset, kytkeytyvät eksitoneihin, aineen virittyneisiin tiloihin puolijohteessa. Tämä yhdistelmä antaa polaritonille ainutlaatuisia ominaisuuksia, jotka ovat puolivälissä valon ja aineen ominaisuuksia.Polaritoni on erityisen kiinnostava kvanttip fysiikassa, koska se mahdollistaa ilmiöiden, kuten Bose-Einstein-kondensoitumisen, tutkimisen lämpötiloissa, jotka ovat helpommin saavutettavissa kuin atomien vaatimissa lämpötiloissa. Ne käyttäytyvät massiivisten hiukkasten tavoin säilyttäen samalla joitakin valon ominaisuuksia, kuten kyvyn liikkua nopeasti.
Äskettäin suoritetussa kokeessa polaritoneja käytettiin supersoliditilan luomiseen. Niiden kyky itseorganisoitua ja jakaa yhteinen vaihe tekee niistä ihanteellisia ehdokkaita eksoottisten kvanttitilojen tutkimiseen. Tämä joustavuus avaa uusia tutkimusmahdollisuuksia kvanttimateriaalien ja niiden mahdollisten sovellusten osalta.