2 min read

У MIT створили нову форму матерії - кристалічне та водночас надплинне супертіло

У MIT створили нову форму матерії - кристалічне та водночас надплинне супертіло

Фізики використали лазер та конденсат Бозе-Айнштайна, щоби отримати супертіло з властивостями надплинної рідини та твердого тіла.

В результаті дослідникам з Массачусетського технологічного інституту вдалось втримати конденсат в особливому квантовому стані, коли речовина має структуру твердого тіла, та, водночас, може протікати без ознак в’язкості. Остання властивість притаманна надплинним рідинам.

Результати їхньої роботи були опубліковані цього тижня у журналі Nature.

“Це розходиться з інтуїцією: мати матеріал, який поєднував би у собі надплинність та твердість. Якби ваша кава була надплинною, після помішування вона б продовжувала обертатись безкінечно.”

– зазначає керівник групи дослідників, професор з MIT та лауреат Нобелівської премії з фізики 2001 р. Вольфганг Кеттерле.

Це була лише теорія

Фізики й раніше здогадувались про можливість існування надплинних матеріалів, однак вони ніколи не спостерігали їх, навіть у лабораторії.

Вольфанг Кеттерле
Вольфганг Кеттерле зі своєю командою у MIT. Джерело: news.mit.edu

Одним з кандидатів у суперречовину був твердий гелій. Згідно з теорією, якщо атомам гелію дати можливість вільно рухатись у кристалічній структурі гелію, отримана речовина може стати надплинною та твердою. Все це досі залишалось поза межею експериментальної перевірки.

Вчені з MIT використали спеціальну методику охолодження за допомогою лазера та інші методи, щоби охолодити атоми натрію до температур, які межують з абсолютним нулем. За такої температури атоми натрію переходять у надплинний стан з відсутньою в’язкістю – конденсат Бозе-Айнштайна.

Найскладнішим виявилось перевести ці атоми у супертверду форму за допомогою маніпуляцій з лазерними променями, які впливали на рух цих атомів та викликали квантовий ефект спін-орбітальної взаємодії.

Далі вчені використали перший набір лазерів та власну камеру глибокого вакууму, щоби змінити квантовий стан (спін) половини первинного набору атомів (бозонів) на протилежний, таким чином отримавши два конденсати Бозе-Айнштайна. Після цього другий набір лазерів переніс частину атомів з однієї половини конденсату до іншої – так виникло перевертання спінів.

“Ці додаткові лазери надали цим “спін-перевернутим” атомам можливість реалізувати спін-орбітальну взаємодію.”

– додав Кеттерле.

Супертверді та надплинні матеріали мають змінну густину. І хоча поки що вони існують лише в екстремальних лабораторних умовах, Кеттерле та його команда вже займаються дослідженням нових фундаментальних властивостей природи.

Квантове блокування – інша дивна властивість атомів надпровідного матеріалу.

Ця тема вже привернула увагу багатьох дослідників, які вивчають ефект спін-орбітальної взаємодії. У MIT планують більш детально вивчити та зрозуміти властивості нової форми матерії, яку вони створили.