|
Открыли экзотический материал из бозонов
|
|
|
|
Возьмите решетку — плоский участок сетки из однородных ячеек, наподобие оконной сетки или сот, — и положите над ней другую такую же решетку. Но вместо того, чтобы пытаться выровнять края или ячейки обеих решеток, поверните верхнюю сетку так, чтобы вы могли видеть сквозь нее части нижней. Этот новый, третий образец представляет собой муар, и именно между этим типом перекрывающегося расположения решеток диселенида вольфрама и дисульфида вольфрама физики Калифорнийского университета в Санта-Барбаре обнаружили некоторые интересные свойства материалов. «Мы открыли новое состояние материи — бозонно-коррелированный изолятор», — сказал Ричен Сюн, аспирант-исследователь из группы физика конденсированного состояния UCSB Ченхао Цзинь и ведущий автор статьи, опубликованной в журнале Science. По словам Сюн, Джина и их сотрудников из UCSB, Университета штата Аризона и Национального института материаловедения в Японии, такой материал — высокоупорядоченный кристалл бозонных частиц, называемых экситонами, — был создан в «реальном» состоянии впервые. (в отличие от синтетической) система материи.
|
|
|
|
«Обычно люди тратят большую часть своих усилий на то, чтобы понять, что происходит, когда вы соединяете множество фермионов вместе», — сказал Джин. «Основной смысл нашей работы в том, что мы создали новый материал из взаимодействующих бозонов». Бозонный, коррелированный, изолятор Субатомные частицы бывают двух основных типов: фермионы и бозоны. По словам Джин, одно из самых больших различий заключается в их поведении. «Бозоны могут занимать один и тот же энергетический уровень; фермионы не любят оставаться вместе, — сказал он. — Вместе эти поведения создают вселенную, какой мы ее знаем». Фермионы, такие как электроны, лежат в основе материи, с которой мы наиболее знакомы, поскольку они стабильны и взаимодействуют посредством электростатической силы. Между тем бозоны, такие как фотоны (частицы света), как правило, труднее создавать или манипулировать ими, поскольку они либо мимолетны, либо не взаимодействуют друг с другом.
|
|
|
По словам Сюн, ключ к их различному поведению лежит в их различных квантово-механических характеристиках. Фермионы имеют полуцелые «спины», такие как 1/2 или 3/2 и так далее, в то время как бозоны имеют целые спины (1, 2 и т. д.). Экситон — это состояние, в котором отрицательно заряженный электрон (фермион) связан со своей положительно заряженной противоположной «дыркой» (другим фермионом), при этом два полуцелых спина вместе становятся целым числом, создавая бозонную частицу. Чтобы создать и идентифицировать экситоны в своей системе, исследователи наложили две решетки друг на друга и направили на них сильный свет с помощью метода, который они назвали «спектроскопией накачки-зонда». Комбинация частиц из каждой из решеток (электроны из дисульфида вольфрама и дырки из диселенида вольфрама) и свет создали благоприятную среду для образования экситонов и взаимодействия между ними, позволяя исследователям исследовать поведение этих частиц.
|
|
|
|
«И когда эти экситоны достигли определенной плотности, они больше не могли двигаться», — сказал Джин. Благодаря сильным взаимодействиям коллективное поведение этих частиц при определенной плотности переводило их в кристаллическое состояние и создавало изолирующий эффект из-за их неподвижности. «Здесь произошло то, что мы обнаружили корреляцию, которая привела бозоны в высокоупорядоченное состояние», — добавил Сюн. Как правило, рыхлая совокупность бозонов при сверхнизких температурах образует конденсат, но в этой системе, имеющей как свет, так и повышенную плотность и взаимодействие при относительно более высоких температурах, они организовались в симметричный твердый изолятор с нейтральным зарядом. Создание этого экзотического состояния вещества доказывает, что исследовательская муаровая платформа и спектроскопия накачки-зонда могут стать важным средством для создания и исследования бозонных материалов.
|
|
|
|
«Существуют фазы многих тел с фермионами, которые приводят к таким вещам, как сверхпроводимость», — сказал Сюн. «Есть также многочастичные аналоги с бозонами, которые также являются экзотическими фазами. Итак, что мы сделали, так это создали платформу, потому что у нас действительно не было хорошего способа изучать бозоны в реальных материалах». Хотя экситоны хорошо изучены, добавил он, до этого проекта не было способа заставить их сильно взаимодействовать друг с другом. С помощью их метода, по словам Джина, можно было бы не только изучать хорошо известные бозонные частицы, такие как экситоны, но и открывать больше окон в мир конденсированной материи с помощью новых бозонных материалов. «Мы знаем, что некоторые материалы обладают очень странными свойствами, — сказал он. «И одна из целей физики конденсированных сред — понять, почему они обладают такими богатыми свойствами, и найти способы сделать это поведение более достоверным».
|
|
|
|
Источник
|
