„Okrajový stav“ atómov prúdi bez trenia pre lepšiu supravodivosť
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 13. 9. 2024
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Vedci z Massachusettskej technickej univerzity (MIT) po prvýkrát priviedli atómy do exotického „okrajového stavu“, ktorý im umožňuje prúdiť úplne bez trenia. Tento prielom by mohol viesť k lepším supravodivým materiálom.
Pri pohybe elektrónov cez rôzne materiály narážajú na rôzne úrovne odporu. Izolátory v podstate umožňujú malý alebo žiadny pohyb, polovodiče ho umožňujú čiastočne, vodiče ho umožňujú veľmi a supravodiče umožňujú úplnú voľnosť pohybu bez akéhokoľvek odporu. Supravodivé materiály ako také by sa mohli používať na vysokorýchlostný prenos dát a energie, zatiaľ čo silné elektromagnetické pole, ktoré vytvárajú, by umožnilo levitujúci vysokorýchlostný transport.
Problémom je, že skúmanie pohybu elektrónov je zložitá záležitosť, pretože tieto častice sú malé a pohybujú sa superrýchlo. Preto v rámci novej štúdie tím z MIT našiel spôsob, ako prinútiť atómy, ktoré sú oveľa väčšie a pomalšie, aby sa správali rovnako.
Výskumníci konkrétne skúmali typ supravodivosti nazývaný ako okrajové stavy. V určitých materiáloch sa elektróny nepohybujú voľne cez celý materiál, ale sú obmedzené na okraje, kde prúdia bez akéhokoľvek trenia. Dokonca aj keď sa im do cesty postavia prekážky, bez problémov ich obídu, namiesto toho, aby sa od nich odrazili ako za normálnych okolností.
U elektrónov sa tieto stavy vyskytujú v priebehu femtosekúnd (kvadrilióntin sekundy) a na vzdialenosti zlomkov nanometra, čo je samozrejme ťažké zachytiť. V atómoch je to však oveľa viditeľnejšie.
„V našom nastavení sa rovnaká fyzika vyskytuje v atómoch, ale v priebehu milisekúnd a mikrometrov,“ povedal Martin Zwierlein, spoluautor štúdie. „To znamená, že môžeme robiť snímky a sledovať, ako sa atómy v podstate večne plazia po okraji systému.“
Výskumníci uzavreli mrak približne milióna atómov sodíka do laserovej pasce pri teplote o chlp vyššej ako absolútna nula a superrýchlo ich roztočili dookola.
„Pasca sa snaží vtiahnuť atómy dovnútra, ale existuje odstredivá sila, ktorá sa ich snaží vytiahnuť von,“ povedal Richard Fletcher, spoluautor štúdie. „Tieto dve sily sa navzájom vyvažujú, takže ak ste atóm, myslíte si, že žijete v plochom priestore, hoci sa váš svet točí. Existuje aj tretia sila, Coriolisov efekt, takže ak sa pokúšajú pohybovať v priamke, sú vychýlené. Takže tieto masívne atómy sa teraz správajú, ako keby boli elektróny žijúce v magnetickom poli.“
Potomvedci zaviedli okraj - prstenec laserového svetla, ktorý vytvoril akúsi stenu okolo vonkajšej strany. Zistilo sa, že keď sa atómy dotkli tohto prstenca, prilepili sa naň a voľne prúdili pozdĺž tejto hrany jedným smerom. Potom vedci zaviedli niekoľko rýchlostných prekážok, aby zistili, ako si s nimi atómy poradia. Do prstenca zasvietili svetelnými bodmi a atómy pokračovali v jazde bez akýchkoľvek prekážok.
„Zámerne sme tam poslali túto veľkú odpudivú zelenú škvrnu a atómy by sa od nej mali odraziť,“ povedal Fletcher. „Ale namiesto toho vidíte, že si magicky nájdu cestu okolo nej, vrátia sa k stene a pokračujú vo svojej veselej ceste.“
Správanie atómov tak umožní prenesene sledovať, ako sa správajú elektróny v okrajových stavoch, čo je po prvýkrát priamo viditeľné. Vedci teraz môžu tento model použiť na testovanie nových teórií a získavanie ďalších poznatkov, ktoré by mohli pomôcť pri tvorbe lepších supravodičov.
„Je to veľmi čistá realizácia veľmi krásneho fyzikálneho javu a môžeme priamo demonštrovať dôležitosť a realitu tohto okraja,“ povedal Fletcher. „Prirodzeným smerom je teraz zaviesť do systému viac prekážok a interakcií, kde sa veci stanú nejasnejšími, čo môžeme očakávať.“
Výskum bol nedávno uverejnený v magazíne Nature Physics.
