18:04 2022-12-01
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Descoperirea unei noi stări cuantice, analogă cu apa, care nu va îngheța
_ Descoperirea unui roman stare cuantică analogă cu apa care nu va îngheța
Apa care pur și simplu nu va îngheța, indiferent cât de rece va fi — un grup de cercetare care implică Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) a descoperit o stare cuantică care ar putea fi descrise în acest fel.
Experți de la Institutul de Fizică a Solidelor de la Universitatea din Tokyo din Japonia, Universitatea Johns Hopkins din Statele Unite și Institutul Max Planck pentru Fizica Sistemelor Complexe (MPI-PKS) din Dresda, Germania, a reușit să răcească un material special până la o temperatură aproape de zero absolut.
Ei au descoperit că o proprietate centrală a atomilor - alinierea lor - nu a „înghețat”, ca de obicei, dar a rămas în stare „lichidă”. Noul material cuantic ar putea servi drept sistem model pentru dezvoltarea unor senzori cuantici noi, foarte sensibili. Echipa și-a prezentat descoperirile în revista Nature Physics.
La prima vedere, materialele cuantice nu arată diferit de substanțele normale, dar cu siguranță își fac propriile lucruri: în interior, electronii interacționează cu o intensitate neobișnuită, atât între ele cât şi cu atomii reţelei cristaline. Această interacțiune intimă are ca rezultat efecte cuantice puternice care nu acționează doar la scară microscopică, ci și la scară macroscopică.
Datorită acestor efecte, materialele cuantice prezintă proprietăți remarcabile. De exemplu, pot conduce electricitatea complet fără pierderi la temperaturi scăzute. Adesea, chiar și modificările ușoare ale temperaturii, presiunii sau tensiunii electrice sunt suficiente pentru a schimba drastic comportamentul materialului.
În principiu, magneții pot fi considerați și materiale cuantice; la urma urmei, magnetismul se bazează pe spinul intrinsec al electronilor din material. „Într-un fel, aceste rotiri se pot comporta ca un lichid”, explică prof. Jochen Wosnitza de la Laboratorul magnetic de câmp înalt Dresda (HLD) de la HZDR. „Pe măsură ce temperaturile scad, aceste rotiri dezordonate pot îngheța, la fel cum apa îngheață în gheață.”
De exemplu, anumite tipuri de magneți, așa-numiții feromagneți, sunt nemagnetici deasupra „înghețului” lor. sau mai precis punct de comandă. Numai atunci când coboară sub ea, pot deveni magneți permanenți.
Material de înaltă puritate
Echipa internațională a intenționat să creeze o stare cuantică în care alinierea atomică care este asociată cu rotațiile. nu a comandat, chiar și la temperaturi ultrareci — asemănător unui lichid care nu se va solidifica, chiar și la frig extrem. Pentru a atinge această stare, grupul de cercetare a folosit un material special - un compus al elementelor, praseodimiu, zirconiu și oxigen. Ei au presupus că în acest material, proprietățile rețelei cristaline ar permite spinurilor electronilor să interacționeze cu orbitalii lor din jurul atomilor într-un mod special.
„Crința prealabilă, totuși, era să existe cristale extreme. puritate și calitate”, explică prof. Satoru Nakatsuji de la Universitatea din Tokyo. A fost nevoie de mai multe încercări, dar în cele din urmă echipa a reușit să producă cristale suficient de pure pentru experimentul lor: într-un criostat, un fel de balon super termos, experții și-au răcit treptat proba până la 20 de milikelvin - doar cu o cincizecime de grad peste valoarea absolută. zero.
Pentru a vedea cum a răspuns proba la acest proces de răcire și în interiorul câmpului magnetic, au măsurat cât de mult s-a schimbat în lungime. Într-un alt experiment, grupul a înregistrat modul în care cristalul a reacționat la undele ultrasunete trimise direct prin el.
O interacțiune intimă
Rezultatul: „Dacă rotiri ar fi comandat, ar fi trebuit să provoace o schimbare bruscă a comportamentului cristalului, cum ar fi o schimbare bruscă a lungimii”, descrie dr. Sergei Zherlitsyn, expert HLD în investigații cu ultrasunete. „Totuși, așa cum am observat, nu s-a întâmplat nimic! Nu au existat modificări bruște nici în lungime, nici în răspunsul său la undele ultrasunete”.
Concluzie: interacțiunea pronunțată a spinurilor și orbitalilor a împiedicat ordonarea, motiv pentru care atomii au rămas în starea lor cuantică lichidă - prima dată când a fost observată o astfel de stare cuantică. Investigații ulterioare în câmpurile magnetice au confirmat această presupunere.
Acest rezultat al cercetării de bază ar putea avea și implicații practice într-o zi: „La un moment dat am putea folosi noua stare cuantică pentru a dezvolta senzori cuantici extrem de sensibili”. Jochen Wosnitza speculează. „Pentru a face acest lucru, totuși, trebuie încă să ne dăm seama cum să generăm excitații în această stare în mod sistematic.”
Detecția cuantică este considerată o tehnologie promițătoare a viitorului. Deoarece natura lor cuantică îi face extrem de sensibili la stimulii externi, senzorii cuantici pot înregistra câmpuri magnetice sau temperaturi cu o precizie mult mai mare decât senzorii convenționali.
Comentarii:
Adauga Comentariu