U radu objavljenom 28. januara u Nature, tim istraživača je prvi put direktno zabeležio reverzibilni prelaz ekscitona iz superfluida u supersolid i nazad. Eksperiment u sistemu dvostrukog grafena pod snažnim magnetnim poljem pokazao je superfluidnost pri oko 1,5–4 °C iznad apsolutne nule, a daljim hlađenjem javila se električno izolujuća faza koja je kandidat za supersolid. Nalaz ukazuje na prirodni termodinamički fazni prelaz i otvara put za dalja merenja i moguće primene.
Fizičari Prvi Put Posmatrali Reverzibilni Prelaz Superfluida U Supersolid — I Povratak
An illustration of excitons arranging into a solid pattern in bilayer graphene. For the first time, physicists have observed a superfluid tranform into a supersolid and back again. | Credit: Cory Dean, Columbia University
Naučnici su po prvi put direktno posmatrali kako se superfluid pretvara u supersolid — i vraća nazad — u eksperimentu koji je objavljen 28. januara u časopisu Nature. Otkriće daje novi uvid u neobične kvantne faze materije i otvara put za dalja istraživanja i moguće primene.
Šta su superfluid i supersolid?
Superfluid je kvantno stanje materije u kome tečna smeša teče bez trenja; poznat primer su neki izotopi helijuma. Superfluidi pri mešanju formiraju kvantne vrtloge — stabilne, veoma fine strukture bez disipacije energije. Supersolid je teorisano stanje koje kombinuje osobine superfluida (bez viskoznosti) i čvrste strukture (uređena rešetka čestica), pa je istovremeno i „tečan“ i „uređen“.
Kako je izveden eksperiment
Istraživači su koristili sistem od dve tanke pločice grafena postavljene veoma blizu jedna drugoj, izložili ih snažnom magnetnom polju i ohladili do ekstremno niskih temperatura kako bi stvorili gustu „čorbu“ ekscitona (kvazipartikula sastavljene od elektrona i elektronske rupe).
Pri temperaturama oko 1,5–4 °C iznad apsolutne nule (odnosno približno 2,7–7,2 °F iznad apsolutne nule u jedinstvenom izrazu iz rada), ekscitonima se javila superfluidnost. Daljim hlađenjem tim je zabeležio prelaz u električno izolujuću, urednu fazu koju autori smatraju kandidatom za supersolid.
„Prvi put smo videli da se superfluid podvrgava faznom prelazu i postaje ono što izgleda kao supersolid,“ rekao je Cory Dean (Columbia University), koautor studije.
Koautor Jia Li (University of Texas at Austin) je istakla: „Posmatrati izolujuću fazu koja se topi u superfluid je bez presedana. Ovo snažno sugeriše da je niskotemperaturno stanje veoma neobičan eksciton solid.“
Zašto je ovo važno
Prethodna laboratorijska postignuća supersolida (na primer 2D supersolid od disprozija iz 2021. i posmatranje kvantnih vrtloga u supersolidu 2024.) postizana su uz dodatne uređaje i spoljni uticaj koji su “prisiljavali” čestice u rešetke. Novi rezultat sugeriše da egzotična struktura može nastati kao prirodni, termodinamički fazni prelaz, što je konceptualno važno za fundamentalnu fiziku i modeliranje kvantnih sistema.
Dalji koraci
Tim trenutno radi na razvoju novih metoda direktnog merenja stanja, testira druge materijale i traži načine da razjasni svojstva ove izolujuće faze. Bolje razumevanje može dovesti do primena supersolida na višim temperaturama ili novih kvantnih uređaja.
Zaključak: Ovo je značajan eksperimentalni korak jer demonstrira reverzibilni prelaz koji spaja dva retka kvantna stanja, otvarajući nova pitanja i tehnološke mogućnosti u oblasti kvantne materije.
Pomozite nam da budemo bolji.
