물리학자들은 물질의 이상하고 새로운 단계를 추가 차원으로 제공하고 있습니다. - Wpick

물리학자들은 최초의 2차원 초고체 물질인 이국적인 물질을 만들었습니다. 명령 단계 그것은 고체와 마찰이 없는 액체처럼 동시에 거동합니다.

초고체는 물질이 원자 그들은 규칙적으로 반복되는 결정 구조로 배열되어 있지만 운동 에너지를 잃지 않고 영원히 흐를 수 있습니다. 잘 알려진 많은 물리학 법칙을 위반하는 것처럼 보이는 독특한 특성에도 불구하고 물리학자들은 오랫동안 이론상 이를 예상해 왔습니다. 이는 일찍이 1957년에 물리학자 Eugene Gross의 작업에서 제안으로 처음 나타났습니다.

이제 물리학자들은 레이저와 초저온 가스를 사용하여 초고체를 2차원 구조로 변환하는 데 마침내 성공했으며, 이는 과학자들이 이색 물질 단계의 신비한 속성 뒤에 있는 더 깊은 물리학을 해독할 수 있게 해주는 발전입니다.

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연구원들에게 특히 흥미로운 점은 2차원 초고체 내부에 나타날 작은 와류 또는 와류와 함께 원으로 굴릴 때 어떻게 행동하는지입니다.

이 대학의 물리학자인 매튜 노시아(Matthew Norcia)는 “예를 들어 회전 진동과 2D 시스템 내에 존재할 수 있는 와류를 1D에서보다 훨씬 더 쉽게 연구함으로써 많은 것을 배울 수 있을 것으로 기대합니다”라고 말했습니다. Quantum Institute의 오스트리아 인스브루크 광학 및 양자 정보(IQOQI)에서 Live Science로 이메일을 보냅니다.

슈퍼 솔리드를 만들기 위해 팀은 디스프로슘원자를 0보다 약간 높게 냉각하기 전에 광학 핀셋 내부에 -164개의 원자 켈빈 (화씨 영하 459.67도 또는 섭씨 영하 273.15도) 레이저 냉각이라는 기술을 사용합니다.

일반적으로 가스에 레이저를 쏘면 가스가 가열되지만 레이저 빔의 광자(가벼운 입자)가 움직이는 가스 입자와 반대 방향으로 움직이면 실제로 가스 입자가 느려지고 냉각될 수 있습니다. 레이저로 디스프로슘 원자를 최대한 냉각시킨 후, 연구원들은 광학 핀셋의 “그립”을 느슨하게 하여 더 많은 에너지 원자가 빠져나갈 수 있는 충분한 공간을 만들었습니다.

“따뜻한” 입자는 더 차가운 입자보다 더 빨리 진동하기 때문에 증발 냉각이라고 하는 이 기술은 연구자에게 과냉각된 원자만 남게 합니다. 이 원자들은 물질의 새로운 단계로 변형되었습니다 – A 보스-아인슈타인 콘덴서: 머리카락의 범위에 있는 과냉각된 원자의 그룹 절대 영도.

가스가 0에 가까운 온도로 냉각되면 모든 원자가 에너지를 잃고 동일한 에너지 상태로 들어갑니다. 우리는 에너지 준위만 보고 가스 구름에서 유사한 원자를 구별할 수 있기 때문에 이 방정식은 심오한 영향을 미칩니다. 한 때 진동하고, 뛰고, 충돌하는 원자로 이루어진 이질적인 구름은 더 따뜻한 가스를 구성하다가 양자 역학에서 관점, 완전히 동일합니다.

이것은 정말 이상한 것들에 대한 문을 엽니다. 양적 효과. 양자 거동의 기본 법칙 중 하나인 하이젠베르크의 불확정성 원리는 입자의 위치와 운동량을 절대적으로 알 수 없다고 말합니다. 그러나 응축된 보스-아인슈타인 원자가 움직임을 멈춘 후 모든 운동량은 알려지게 되었습니다. 이것은 원자의 위치가 너무 불확실해져서 그들이 차지할 가능성이 있는 장소가 원자 자체 사이의 공간보다 면적이 더 커지게 만듭니다.

분리된 원자 대신에, 불가사의한 보스-아인슈타인 구의 중간에 있는 원자는 마치 하나의 거대한 입자인 것처럼 행동합니다. 이것은 일부 Bose-Einstein 커패시터에 초유체 속성을 부여하여 분자가 마찰 없이 흐를 수 있도록 합니다. 사실, 초유체 Bose-Einstein 액체 한 잔을 움직이면 회전이 멈추지 않을 것입니다.

연구원들은 디스프로슘-164(디스프로슘의 동위원소)를 사용했는데, 그 이유는 (주기율표 홀뮴 옆에 있음) 발견된 원소 중 가장 자성을 띠기 때문입니다. 이것은 디스프로슘-164 원자가 과냉각될 때 초유체가 될 뿐만 아니라 작은 막대 자석처럼 서로 달라붙어 물방울로 함께 뭉쳐진다는 것을 의미합니다.

Norcia는 “장거리 자기 상호작용과 원자 사이의 단거리 접촉 상호작용 사이의 균형을 미세 조정함으로써” 자유롭게 흐르는 원자를 포함하는 긴 1차원 액적 튜브를 만들 수 있다고 말했습니다. 초고형 1차원성. . 이것은 그들의 이전 직업이었습니다.

1D에서 2D 초고체로 점프하기 위해 팀은 더 큰 트랩을 사용하고 광학 핀셋의 빔 강도를 두 방향으로 낮췄습니다. 이것은 충분히 높은 밀도를 유지하기 위해 트랩에 충분한 원자를 유지하는 것과 결합되어 마침내 초강성 2D에서 서로 옆에 있는 두 개의 1D 반대 튜브와 유사한 지그재그 구조의 액적을 만들 수 있었습니다.

그 뒤에 그것을 생성하는 작업과 함께 물리학자들은 이제 이 추가 차원의 존재에서 발생하는 모든 속성을 연구하기 위해 2차원 초고체를 사용하기를 원합니다. 예를 들어, 그들은 적어도 이론상으로는 원자의 이러한 소용돌이 소용돌이가 영원히 회전할 수 있기 때문에 어레이 액적 사이에 나타나거나 갇히는 소용돌이를 연구할 계획입니다.

이것은 또한 연구자들이 Gross와 같은 초기 제안에서 상상했던 초대형, 3차원 입체와 그들이 가질 수 있는 이상한 속성에 한 걸음 더 다가가게 합니다.

연구원들은 연구 결과를 저널에 8월 18일에 발표했습니다. 자연.

원래 Live Science에 게시되었습니다.

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