Οι φυσικοί επιβεβαιώνουν την ύπαρξη μιας νέας μορφής ύλης που ονομάζεται "Excitonium"
Σχεδόν πέντε δεκαετίες από τότε που προτάθηκε για πρώτη φορά, οι φυσικοί επιβεβαίωσαν τελικά την ύπαρξη μιας νέας μορφής ύλης, γνωστής ως «excitonium». Η ανακάλυψη έχει αναφερθεί στην επιστήμη.
Η φύση του διεγερτικού είναι σωστά στην αιχμή της κατανόησης της φυσικής. Είναι ένα συμπύκνωμα, ένα υλικό όπου οι κβαντικές μηχανικές ιδιότητες είναι μακροσκοπικές (ορατές με γυμνό μάτι) και όχι μικροσκοπικές. Παραδείγματα συμπυκνωμάτων περιλαμβάνουν υπεραγωγούς και υπερρευστά.
Για να καταλάβουμε όμως τι είναι φτιαγμένο το excitonium, πρέπει να κάνουμε ένα βήμα στη φυσική της στερεάς ύλης. Αν αρχίσουμε αρχικά με ένα υλικό όπου όλα τα άτομα είναι κατανεμημένα σε ένα ωραίο μικρό πλέγμα, αφαιρώντας ένα ηλεκτρόνιο, είναι δυνατόν να δημιουργηθεί μια λεγόμενη " οπή ηλεκτρονίων " που βρίσκεται εκεί όπου ήταν το ηλεκτρόνιο. Αυτή η τρύπα δεν είναι ένα πραγματικό σωματίδιο, αλλά συμπεριφέρεται σαν ένα (είναι ένα τετράγωνο). Και ενώ μπορεί να μας φαίνεται περίεργο, αυτό είναι αρκετά καλό για τη φυσική.
Η οπή είναι θετικά φορτισμένη και το ηλεκτρόνιο είναι αρνητικά φορτισμένο, έτσι είναι δυνατόν να δημιουργηθεί μια δεσμευμένη κατάσταση μεταξύ των δύο, με το ηλεκτρόνιο να περιστρέφεται γύρω από την οπή, αντί να πέσει πίσω. Αυτή η δεσμευμένη κατάσταση είναι η exciton, του διεγερμού.
Η επιβεβαίωση της ύπαρξης του exciton ήταν δύσκολη λόγω ενός άλλου, αν και άσχετου, φαινομένου γνωστού ως φάση Peierls που μοιράζεται κάποια παρατηρήσιμα χαρακτηριστικά με το quasiparticle. Η ομάδα του Abbamonte και οι συνεργάτες του από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης και το Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ ανέπτυξαν μια νέα τεχνική που τους επέτρεψε να επιβεβαιώσουν ότι το παρατηρούμενο φαινόμενο ήταν πράγματι ένα exciton.
Η τεχνική ονομάζεται φασματοσκοπία απώλειας ενέργειας ηλεκτρονίων που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση της ορμής των ηλεκτρονίων με μεγάλη ακρίβεια. Χρησιμοποιώντας αυτή την προσέγγιση, η ομάδα παρακολούθησε για πρώτη φορά μια μαλακή φάση πλασμονίου καθώς το υλικό έφθασε στην κρίσιμη θερμοκρασία 190 Kelvin (-83 C, -117 F). Το μαλακό πλασμόνιο είναι ο αναμενόμενος πρόδρομος του exciton, και έτσι φαίνεται να επιβεβαιώνει την ύπαρξή του.
«Το αποτέλεσμα αυτό είναι της κοσμικής σημασίας,» κύριος συγγραφέας καθηγητής Peter Abbamonte, από το Πανεπιστήμιο του Illinois Urbana, είπε σε μια δήλωση . "Από τότε που ο όρος« excitonium »δημιουργήθηκε στη δεκαετία του 1960 από τον θεωρητικό φυσικό του Χάρβαρντ Bert Halperin, οι φυσικοί προσπάθησαν να αποδείξουν την ύπαρξή του».
"Οι θεωρητικοί έχουν συζητήσει αν θα ήταν μονωτής, τέλειος αγωγός ή υπερρευστοί - με κάποια πειστικά επιχειρήματα από όλες τις πλευρές", συνέχισε. "Από τη δεκαετία του 1970, πολλοί πειραματιστές έχουν δημοσιεύσει στοιχεία για την ύπαρξη διεγερμού, αλλά τα ευρήματά τους δεν ήταν οριστική απόδειξη και θα μπορούσαν εξίσου να εξηγηθούν από μια συμβατική μεταβατική φάση. "
Ενώ άλλα συμπυκνώματα έχουν βρει εφαρμογές στον κόσμο, είναι πολύ νωρίς να περιμένουμε την τεχνολογία από το excitonium μόλις ακόμα. Αλλά η κατανόηση αυτού του νέου υλικού θα μπορούσε να οδηγήσει στην απελευθέρωση περισσότερων επιπέδων του παζλ που είναι η κβαντική μηχανική.
Η φύση του διεγερτικού είναι σωστά στην αιχμή της κατανόησης της φυσικής. Είναι ένα συμπύκνωμα, ένα υλικό όπου οι κβαντικές μηχανικές ιδιότητες είναι μακροσκοπικές (ορατές με γυμνό μάτι) και όχι μικροσκοπικές. Παραδείγματα συμπυκνωμάτων περιλαμβάνουν υπεραγωγούς και υπερρευστά.
Για να καταλάβουμε όμως τι είναι φτιαγμένο το excitonium, πρέπει να κάνουμε ένα βήμα στη φυσική της στερεάς ύλης. Αν αρχίσουμε αρχικά με ένα υλικό όπου όλα τα άτομα είναι κατανεμημένα σε ένα ωραίο μικρό πλέγμα, αφαιρώντας ένα ηλεκτρόνιο, είναι δυνατόν να δημιουργηθεί μια λεγόμενη " οπή ηλεκτρονίων " που βρίσκεται εκεί όπου ήταν το ηλεκτρόνιο. Αυτή η τρύπα δεν είναι ένα πραγματικό σωματίδιο, αλλά συμπεριφέρεται σαν ένα (είναι ένα τετράγωνο). Και ενώ μπορεί να μας φαίνεται περίεργο, αυτό είναι αρκετά καλό για τη φυσική.
Η οπή είναι θετικά φορτισμένη και το ηλεκτρόνιο είναι αρνητικά φορτισμένο, έτσι είναι δυνατόν να δημιουργηθεί μια δεσμευμένη κατάσταση μεταξύ των δύο, με το ηλεκτρόνιο να περιστρέφεται γύρω από την οπή, αντί να πέσει πίσω. Αυτή η δεσμευμένη κατάσταση είναι η exciton, του διεγερμού.
Η επιβεβαίωση της ύπαρξης του exciton ήταν δύσκολη λόγω ενός άλλου, αν και άσχετου, φαινομένου γνωστού ως φάση Peierls που μοιράζεται κάποια παρατηρήσιμα χαρακτηριστικά με το quasiparticle. Η ομάδα του Abbamonte και οι συνεργάτες του από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης και το Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ ανέπτυξαν μια νέα τεχνική που τους επέτρεψε να επιβεβαιώσουν ότι το παρατηρούμενο φαινόμενο ήταν πράγματι ένα exciton.
Η τεχνική ονομάζεται φασματοσκοπία απώλειας ενέργειας ηλεκτρονίων που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση της ορμής των ηλεκτρονίων με μεγάλη ακρίβεια. Χρησιμοποιώντας αυτή την προσέγγιση, η ομάδα παρακολούθησε για πρώτη φορά μια μαλακή φάση πλασμονίου καθώς το υλικό έφθασε στην κρίσιμη θερμοκρασία 190 Kelvin (-83 C, -117 F). Το μαλακό πλασμόνιο είναι ο αναμενόμενος πρόδρομος του exciton, και έτσι φαίνεται να επιβεβαιώνει την ύπαρξή του.
«Το αποτέλεσμα αυτό είναι της κοσμικής σημασίας,» κύριος συγγραφέας καθηγητής Peter Abbamonte, από το Πανεπιστήμιο του Illinois Urbana, είπε σε μια δήλωση . "Από τότε που ο όρος« excitonium »δημιουργήθηκε στη δεκαετία του 1960 από τον θεωρητικό φυσικό του Χάρβαρντ Bert Halperin, οι φυσικοί προσπάθησαν να αποδείξουν την ύπαρξή του».
"Οι θεωρητικοί έχουν συζητήσει αν θα ήταν μονωτής, τέλειος αγωγός ή υπερρευστοί - με κάποια πειστικά επιχειρήματα από όλες τις πλευρές", συνέχισε. "Από τη δεκαετία του 1970, πολλοί πειραματιστές έχουν δημοσιεύσει στοιχεία για την ύπαρξη διεγερμού, αλλά τα ευρήματά τους δεν ήταν οριστική απόδειξη και θα μπορούσαν εξίσου να εξηγηθούν από μια συμβατική μεταβατική φάση. "
Ενώ άλλα συμπυκνώματα έχουν βρει εφαρμογές στον κόσμο, είναι πολύ νωρίς να περιμένουμε την τεχνολογία από το excitonium μόλις ακόμα. Αλλά η κατανόηση αυτού του νέου υλικού θα μπορούσε να οδηγήσει στην απελευθέρωση περισσότερων επιπέδων του παζλ που είναι η κβαντική μηχανική.
[via]
Σχόλια