Novi dokazi o obstoju nenormalne faze snovi približujejo energetsko učinkovite tehnologije

Novi dokazi o obstoju nenormalne faze snovi približujejo energetsko učinkovite tehnologije
Novi dokazi o obstoju nenormalne faze snovi približujejo energetsko učinkovite tehnologije
Anonim

Raziskovalci so našli dokaze za obstoj nenormalne faze snovi, katere obstoj je bil napovedan v šestdesetih letih. Uporaba njegovih lastnosti lahko utira pot novim tehnologijam, ki lahko izmenjujejo informacije brez izgube energije.

Ti rezultati so objavljeni v reviji Science Advances.

Med raziskovanjem kvantnega materiala so znanstveniki Univerze v Cambridgeu, ki so vodili študijo, opazili prisotnost nepričakovano hitrih valov energije, ki prehajajo skozi material, ko so ga izpostavili kratkim, intenzivnim laserskim impulzom. To so lahko opazovali z mikroskopsko kamero za visoke hitrosti, ki lahko sledi majhnim in zelo hitrim premikom v obsegu, ki je težaven za številne druge metode. Ta tehnika raziskuje material z dvema svetlobnima utripoma: prvi ga moti in ustvarja valove - ali vibracije - ki se širijo navzven v koncentričnih krogih, podobno kot pri spuščanju kamna v ribnik; drugi svetlobni impulz naredi posnetek teh valov v različnih časih. Skupaj so jim te slike omogočile, da vidijo, kako se ti valovi obnašajo, in razumejo njihovo "omejitev hitrosti".

"Pri sobni temperaturi ti valovi potujejo s hitrostjo stotinke svetlobne hitrosti, kar je veliko hitreje, kot bi pričakovali pri navadnem materialu. Ko pa preidemo na višje temperature, se zdi, da je ribnik zmrznjen," je pojasnil prva avtorica Hope Bretscher, ki je raziskovala v Cambridgeovem laboratoriju Cavendish. "Sploh ne vidimo, da bi se ti valovi odmikali od skale. Dolgo smo iskali, zakaj se lahko zgodi to čudno vedenje."

Edina razlaga, za katero se je zdelo, da ustreza vsem eksperimentalnim opazovanjem, je bila, da material pri sobni temperaturi vsebuje fazo snovi "ekscitonskega izolatorja", ki, čeprav teoretično predvidena, ni bila zaznana že desetletja.

"V izolatorju ekscitona opazovane energijske valove podpirajo nabojno nevtralni delci, ki se lahko premikajo s hitrostmi, podobnimi elektronom. Pomembno je, da lahko ti delci prenašajo informacije brez motenj od mehanizmov razprševanja, ki v večini običajnih materialov vplivajo na nabite delce, kot so elektroni, "pravi dr. Akshay Rao iz laboratorija Cavendish, ki je vodil študijo. "Ta lastnost bi lahko zagotovila lažjo pot do energetsko učinkovitega računalništva pri sobni temperaturi kot superprevodnost."

Ekipa iz Cambridgea je nato skupaj s teoretiki po vsem svetu modelirala, kako obstaja ta ekscitonska izolacijska faza in zakaj se ti valovi obnašajo tako.

"Teoretiki so pred nekaj desetletji napovedali obstoj te nenormalne faze, vendar so eksperimentalne težave, povezane s pridobivanjem dokazov o tem, pripeljale do dejstva, da lahko šele zdaj uporabimo prej razvite temelje, da bi dobili popolnejšo sliko o tem, kako se obnaša v resnici. material, "je komentirala Yuta Murakami s Tokijskega tehnološkega inštituta, ki je sodelovala v študiji.

"Disipativni prenos energije izziva naše sedanje razumevanje transporta v kvantnih materialih in odpira nove možnosti teoretikom, da v prihodnje z njimi manipulirajo," je povedal avtor Denis Gole z Inštituta Jožef Stefan in Univerze v Ljubljani.

"To delo nas vodi korak bližje k ustvarjanju neverjetno energetsko učinkovitih aplikacij, ki lahko izkoristijo to lastnost, tudi v računalnikih," je zaključil dr. Rao.

Priporočena: