|
Лазерный луч превратили в сверхтвердое вещество
|
|
|
|
Международная команда физиков преобразовала лазерный луч в сверхтвердое вещество, что ознаменовало собой совершенно новый процесс достижения этого загадочного состояния вещества. На квантовом уровне материя часто проявляет странное поведение, и сверхтвердое состояние является одним из наиболее противоречащих здравому смыслу примеров. В этом состоянии атомы выстраиваются в кристаллическую решетку, подобную твердой, но при этом текут без трения, что обычно ассоциируется с жидкостями. Ученые впервые предложили идею о твердом веществе, которое могло бы демонстрировать текучесть, подобную текучей, в 1960-х годах, а теоретические исследования активизировались в 1970-х годах.
|
|
|
|
Первоначально гелий считался наиболее перспективным кандидатом для получения этой экзотической фазы вещества. Однако ранние эксперименты по созданию твердого вещества со сверхтекучими свойствами дали разочаровывающие результаты. В 1980-х годах физик Джон Гудкайнд использовал ультразвуковые методы для выявления аномалий в веществе, которые позволили предположить, что сверхтвердые вещества могут быть созданы.
|
|
|
|
К 2000-м годам новые экспериментальные данные дали более четкие указания на поведение сверхтвердого вещества, хотя некоторые результаты противоречили теоретическим предсказаниям, что делало это состояние еще более неопределенным.
|
|
|
|
|
|
|
Создание сверхтвердого вещества с помощью лазерного излучения
|
|
|
|
На протяжении десятилетий исследователи полагали, что для достижения сверхтвердого состояния требуются ультрахолодные атомные конденсаты Бозе-Эйнштейна в сочетании с электромагнитными полями. Этот метод, который был успешно продемонстрирован только в последние годы, позволил получить материал, имеющий структуру, подобную поваренной соли, но также способный течь.
|
|
|
|
Однако в ходе последних исследований был применен совершенно иной подход, позволяющий создать сверхтвердый материал вообще без использования атомов.
|
|
|
|
Команда начала с создания куска оксида галлия с точными выступами, предназначенными для взаимодействия с входящим лазерным лучом. Когда лазерный луч попадает на выступы полупроводника, образуется квазичастица, известная как поляритон. Форма выступов ограничивает движение поляритона, переводя его в сверхтвердое состояние.
|
|
Что подтверждает сверхтвердое состояние
|
|
|
|
Доказать свое достижение было непросто, поскольку ни в одном эксперименте еще не удавалось получить сверхтвердый материал с использованием света. Тем не менее, команда успешно продемонстрировала как твердые, так и текучие свойства созданного лазером сверхтвердого материала, подтвердив, что он обладает нулевой вязкостью.
|
|
|
|
Чтобы подтвердить свои результаты, исследователи использовали методы волновой интерференции для получения изображения состояния поляритона, что позволило им зафиксировать микроскопическую пространственную когерентность квазичастиц. Их данные предоставили конкретное доказательство локального и дальнего порядка квазичастиц, подтвердив образование сверхтвердого вещества.
|
|
|
|
Кроме того, оптические данные позволили им измерить всю волновую функцию, что позволило получить беспрецедентное представление о поведении сверхтвердого вещества.
|
|
Дальнейшие исследования и области применения
|
|
|
|
Исследовательская группа планирует продолжить изучение структуры недавно созданного сверхтвердого вещества, сосредоточив внимание на разработке его кристаллической структуры для дальнейшего изучения. Они предполагают, что, поскольку их сверхтвердый материал изготовлен из легкого материала, он может быть более гибким и им легче манипулировать, чем атомарными сверхтвердыми материалами, что делает эту платформу принципиально иным и многообещающим направлением для будущих исследований.
|
|
|
|
Источник
|
