Povežite se s nama

Pretražite Kozmos

Jeste li znali?

Fizičari sintetizirali 2-D materijal koji gotovo krši zakone fizike

Izvor: Public Domain.
Izvor: Public Domain.

Fizičari su pomoću lasera i rashlađenih plinova, uspjeli sintetizirati dvodimenzionalnu strukturu koju su unatoč neobičnim svojstvima, teoretičari poput Eugena Grossa predviđali još 1950-ih.

2-D materijal u bizarnom agregatnom stanju

Fizičari su uspjeli sintetizirati dvodimenzionalan materijal koji se istovremeno ponaša i kao kruta tvar, i kao tekućina. Atomi su raspoređeni u pravilnu kristalnu strukturu koja može teći i ne gubiti kinetičku energiju. Znanstvenici su svoje nalaze objavili u časopisu Nature 18. kolovoza.

Znanstvenike sada zanima kako će se materijal ponašati prilikom vrtložnih kretnji.  „Očekujemo da će se mnogo toga moći opservirati prilikom rotacijskih oscilacija te vrtloga koji se, za razliku od jednodimenzionalnih, mogu pojaviti u dvodimenzionalnim sustavima.“ Smatra vodeći autor studije Matthew Norcia, fizičar s Instituta za kvantnu optiku i kvantne informacije Sveučilišta Innsbruck u Austriji u pisanoj izjavi za Live Science.

Izvor: IQOQI Innsbruck/Harald Ritsch

Izvor: IQOQI Innsbruck/Harald Ritsch

Proces hlađenja izotopa disprozija

Da bi dobili ovaj supermaterijal, tim fizičara pustio je oblak disprozija-164 ohlađenih gotovo do apsolutne nule (-273.15 Celzijusa) unutar optičke pincete, u procesu koji se naziva lasersko hlađenje. Laser obično zagrijava plinove, ali ako fotoni laserske zrake putuju u suprotnom smjeru od plinovitih čestica, može doći do njihovog usporavanja i hlađenja.

Nakon što su ohladili atome disprozija, istraživači su popustili stisak optičke ‘pincete’ kako bi maknuli atome s viškom energije. S obzirom da ‘vruče’ čestice titraju brže od hladnih, filtrirali su se samo najhladniji atomi u stanju materije poznatom kao Bose-Einsteinov kondenzat (atomi rashlađeni gotovo do apsolutne nule). U tom stanju, atomi plina gube svoje, inače varijabilne, količine energije prema kojima ih prepoznajemo u toploj fazi. Iz perspektive kvantne mehanike, oni sada postaju savršeno identični.

Nastavak teksta je ispod oglasa.

Ovo vodi ka nekim doista čudnim kvantnim fenomenima. Prema Heisenbergovoj neodređenosti, nemoguće je istovremeno znati položaj i količinu gibanja čestice. U ovom kondenzatu, čestice se ne gibaju, a površina njihovog potencijalnog položaja nadilazi udaljenosti između samih čestica. Stanje ide tako daleko da se atomi ponašaju kao jedna velika čestica supertekućine koja ‘teče’ bez ikakvog trenja. Ako bi uzburkali kondenzat, on nikad ne bi prestao strujati.

Novo anomalijsko stanje materije moglo bi doprinijeti razvoju tehnologije

Magnetske kapljice i ‘vječni’ vrtlozi

Istraživači su koristili izotope disprozija jer se radi o najmagnetičnijem elementu. Osim što se u rashlađenom stanju ponaša kao supertekućina, njegovi se atomi također skupljaju u kapljice i lijepe jedan za drugog.

„Pažljivim održavanjem ravnoteže između magnetskih i kontaktnih interakcija atoma“, tim je uspio proizvesti dugu jednodimenzionalnu cijev sa ‘tekućim’ atomima. Kako bi došli s jednodimenzionalnog tijela na dvodimenzionalno, fizičari su smanjili intenzitet lasera optičke pincete i povećali gustoću odnosno broj atoma u ‘stisku’. To im je omogućilo spajanje više jednodimenzionalnih cijevi u dvodimenzionalnu plohu.

Fizičari sada žele proučiti karakteristike dvodimenzionalnih tijela te ponašanje ‘vječnih’ vrtloga koji se javljaju između kapljica, a u budućnosti uz malo sreće, mogli bi sintetizirati i 3-D supermaterijale koje je također predviđao fizičar Eugen Gross još u 20. stoljeću.

Nastavak teksta je ispod oglasa.

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

t.me/kozmoshr

Izvori:

Turner B. (18. kolovoza 2021.), Physicists give weird new phase of matter an extra dimension, livescience.com (preuzeto 19. kolovoza 2021.)

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

Nastavak teksta je ispod oglasa.

Pročitaj više

Oglas