Доказаха съществуването на нова форма на материя: екзитоний (видео)

Една странна форма на материя, наречена екзитоний, предсказана теоретично преди почти 50 години, е  създадена от изследователи, разказва BigThink.

От 60-те години теоретичните физици предполагат съществуването на необичаен свръхпроводящ материал, но учените успяха да докажат съществуването му с помощта на квантовата механика едва сега.

Професор Питър Абамънте (Peter Abbamonte) и неговият екип от Университета в Илинойс заедно с физици от Калифорнийския университет, Бъркли и Амстердамския университет обявиха откриването на нова форма на материя, наречена екзитоний (лат. excitonium).

Целта им беше да докажат съществуването й и да проучат свойствата на загадъчния тип материя, която теоретично бе описана и досега бе предмет на разгорещен дебат.

Работата на учените е публикувана в списание Science.

Тайните на квантовата механика. Какво е екзитоний?

Това е по-скоро екзотичен кондензат, който проявява макроскопски квантови явления на свръхпроводник или суперфлуид. Той се състои от екзитони, частици, образувани от малко вероятно сдвояване на избит електрон и дупката, оставена след него. Подобен трик на квантовомеханичния синтез е възможен благодарение на това, че електроните в полупроводниците са на границата на едно енергийно ниво на атома, способни при възбуждане да преминат на друго енергийно ниво, оставяйки след себе си дупка. Можем да си представим тази квазичастица като дупка, действаща като положително заредена частица, която се стреми да привлече електрона, избягал от нея (имащ отрицателен заряд).

^{Професорът по физика Питър Абамънте (в центъра) работи със завършилите студенти Аншул Когар (вдясно) и Минди Рак (вляво) в лабораторията за изследване на материали Фредерик Сейц. Снимка: L. Brian Stauffer, University of Illinois at Urbana-Champaign.}

Тази съставна частица или екзитон, се държи като бозон, т.е. частица с цяло число спин. 

За да се докаже съществуването на екзитоните, екипът физици експериментира с кристали, покрити с титанов диелкогенид (1T-TiSe2). Те успяват да наблюдават материала и неговия прекурсор. Фазата на прекурсора очертава, когато материалът се доближи до критичната температура.

Учените възпроизвеждат резултатите 5 пъти с различни кристали, добавяйки все по-голяма надеждност на изследването.

Досега изследванията на екзитоните бяха на теория най-вече защото учените просто нямаха подходящо техническо оборудване. Но сега въоръжени с много по-чувствителни уреди, физиците успяха да измерят за пръв път съвместното възбуждане на нискоенергийни бозонни частици (двойки електрон-дупка), колкото и слаби да са импулсите.

^{Представа на художник за група екзитони в кристал. Възбудените частици са разположени по стените на тялото (в жълто) в подредения твърд екзитонов фон (в синьо). Peter Abbamonte, University of Illinois at Urbana-Champaign Department of Physics and Frederick Seitz Materials Research Laboratory.}

Значение на откритието

В официално съобщение за пресата Абамънте заяви, че новото откритие има буквално "космическо значение".

Откакто физикът-теоретик Берт Халперин от Харвардския университет въвежда термина "екзитон" през 60-те г. много физици се опитват да докажат или опровергаят съществуването му. В края на 70-те години много експериментатори публикуваха статии, обявяващи откриването на дългоочакваното вещество, но техните констатации не бяха убедително доказани.

Сега, когато съществуването на екзитония е доказано, учените ще направят по-подробно проучване на свойствата му. Като свръхпроводник и суперфлуиден материал може да се използва за по-нататъшно подобряване на съществуващите технологии. И благодарение на това проучване нашето разбиране на физиката може би в близко бъдеще ще премине на качествено ново ниво.

Още по темата

28/11/2017

Физика

Изотопът никел-78 е двойно магически или свръхнова в лаборатория

06/10/2017

Физика

Ученик от Пакистан успя да разреши загадката на "електрическите пчелни пити"

12/06/2017

Физика

Създадоха поток от суперфлуидна светлина при стайна температура

06/03/2017

Физика

Нова "невъзможна" форма на материята - свръхфлуидно твърдо тяло