2D „свръхфлуидно твърдо тяло“, което тече без триене, е създадено за първи път

Ваня Милева Последна промяна на 20 август 2021 в 00:01 23067 0

Илюстрация на 2D супертвърдо тяло. Кредит: IQOQI Innsbruck/Harald Ritsch

Физици за първи път са създали двуизмерно свръхфлуидно твърдо вещество в лаборатория.

Това може да звучи невероятно умопомрачително, но това е постижение, върху което изследователите работят повече от 50 години. Свръхфлуидните твърди тела са странни материали с атоми, подредени в регулярна структура на твърдо тяло, но могат да текат без триене, точно като свръхфлуидните течности.

Преди две години физиците успешно създават свръхфлуидни твърди тела, използвайки ултра студени магнитни атоми ... но само в едноизмерно състояние. Сега екип от австрийски изследователи успява за първи път да създаде кристалоподобна структура в 2D. Резултатът ще позволи на физиците да тестват и експериментират с някои от най-странните явления в науката за материалите.

"За да добиете представа за свръхфлуидно твърдо вещество, представете си кубче лед, потопено в течна вода, с поток на водата без триене през куба", пише физикът Бруно Лабурт-Тола (Bruno Laburthe-Tolra) от Лазерната физическа лаборатория в Париж в статияв Nature.

Тази странна двойственост означава, че свръхфлуидните твърди тела са квантово-механично състояние на материята.

Това е така, тъй като, както при другите квантови явления (като квантовото вплитане или котката на Шрьодингер), частиците в свръхфлуидно твърдо състояние са заключени в твърда солидна структура, но и делокализирани едновременно, което им позволява да се държат като вълна и да текат свободно без триене в цялото тяло.

Свръхфлуидното твърдо състояние е предсказано за първи път през 1969 г. и отдавна е изследвано за свръхфлуиден хелий, който се счита за най-добрия кандидат за намиране на доказателства за твърда, подобна на кристална структура със свойствата на свръхфлуидна течност. Въпреки десетилетията на изследвания, свръхфлуидното твърдо състояние на хелия остава неуловимо.

Съвсем наскоро изследователите насочват вниманието си към ултра студени квантови газове - облаци от силно магнитни атоми, които са охладени близо до абсолютната нула. Фактът, че тези атоми са намагнетизирани, означава, че си взаимодействат по уникални начини, които могат да доведат до това странно квантово-механично състояние на свръхфлуидна твърдост.

"Нормално бихте решили, че всеки атом ще бъде в определена капчица, без възможност да попадне между отделните капки", обяснява физикът, участващ в новото постижение Матю Норсия (Matthew Norcia) от Университета в Инсбрук, Австрия.

"Но в свръхфлуидно твърдо състояние, всяка частица е делокализирана във всички капчици, съществува едновременно във всяка капчица. Така че по принцип имате система с поредица от области с висока плътност (капчиците), които споделят едни и същи делокализирани атоми".

Докато австрийският екип, ръководен от квантовия физик Франческа Ферлаино (Francesca Ferlaino) от Университета в Инсбрук и Австрийската академия на науките, е един от няколкото, които създават низ от капчици в едно измерение, което демонстрира свръхфлуидна твърдост през 2019 г. , те  променят магнитния си модел за да създадат 2D версия, с два или повече реда капчици.

Това последно постижение отваря разкрива явления, които могат да изследват с помощта на тези странни облаци газ. 

"Например, в двуизмерна свръхфлуидна твърда система, човек може да проучи как се образуват вихри в пролуката между няколко съседни капчици", разказва Норсия .

"Тези вихри, описани на теория, все още не са демонстрирани, но представляват важно следствие от свръхфлуидността."

Има още много да се научи за този странен свръхфлуиден твърд квантов газ. Например изследователите не са сигурни дали биха могли да направят по-голямо свръхфлуидно твърдо вещество, тъй като състоянието на материята е изключително чувствително към магнитния капан, който са създали.

Но засега фактът, че екипът е успял да създаде първия 2D свръхфлуидно твърдо вещество, е огромн постиожение само по себе си, което неизбежно ще доведе до по-добро разбиране на това странно материално състояние и невидимите, квантови сили, които управляват нашата реалност.

Справка: Norcia, M.A., Politi, C., Klaus, L. et al. Two-dimensional supersolidity in a dipolar quantum gas. Nature 596, 357–361 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03725-7

Източник: 2D 'Supersolid' That Flows Without Friction Has Been Made For The First Time
FIONA MACDONALD, ScienceАlert

Виж още за:
Най-важното
Всички новини

Още от Физика

Коментари

За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !