Fyzici objavili nový kvantový stav v elementárnej pevnej látke
Nová štúdia skúmala arzén ako topologický materiál, ktorý sa vyznačuje unikátnymi vlastnosťami.
Fyzici z Princeton University objavili nový kvantový efekt v kryštalickom materiáli, ktorý nazvali “hybridná topológia”. Tvrdia, že objav otvára dvere k mnohým novým možnostiam pri výrobe efektívnych materiálov a technológií.
K novému objavu sa vedci dopracovali skúmaním elementárneho pevného kryštálu, ktorý sa skladá z atómov arzénu. Tu si všimli, že materiál vykazuje doteraz nepozorovanú formu topologického kvantového správania. Po objavení tohto javu dokázali zaznamenať a študovať jav pomocou špeciálneho mikroskopu a fotoemisnej spektroskopie.
Nový kvantový stav spája dve formy kvantového topologického správania. Tieto správania výskumníci pozorovali jednotlivo v minulých experimentoch, no doteraz nikdy ich nevideli naraz v rovnakom materiáli.
“Objav prišiel úplne neočakávane. Nikto to zatiaľ v teórii nepredpovedal predtým, než sme to mohli objaviť,” vysvetľuje M. Zahid Hasan, vedúci výskumu.
Topologické skupenstvá hmoty sa začali študovať len v posledných rokoch a ide o oblasť výskumu, ktorá na seba strhla pozornosť fyzikov a inžinierov. Táto sféra výskumu kombinuje v sebe kvantovú fyziku a topológiu, odnož teoretickej matematiky, ktorá sa venuje geometrickým vlastnostiam, ktoré sa môžu deformovať, no vo svojej podstate sa nemenia.
Objav otvára dvere novým materiálom
Už viac ako desať rokov vedci používali na podobné výskumy topologické izolanty na báze bizmutu. Cez ne demonštrovali a skúmali exotické kvantové javy v pevných látkach. Vo väčšine tieto výskumy prebiehali tak, že zmiešali bizmut s inou látkou, napríklad selénom. Táto štúdia je však prvou, ktorá odhalila nové topologické kvantové javy v kryštály z arzénu.
Neprehliadnite
“Pátranie a objav nových topologických vlastností hmoty sa momentálne považuje za jeden z najväčších pokladov modernej fyziky. Ide o významné objavy nielen z hľadiska základnej fyziky, no vďaka nim môžeme odhaľovať nové aplikácie pre materiály v novej generácii kvantovej vedy a inžinierstva,” tvrdí Hasan.
Elementárna pevná látka slúži ako nenahraditeľná experimentálna platforma pre testovanie viacerých konceptov topológie. Bizmut sa však až doteraz považoval za jediný prvok, ktorý ponúka bohatú topológiu. Autori štúdie ale objavili ešte viac topologických fenoménov v arzéne.
Topologický materiál považujú vedci za hlavnú zložku, cez ktorú skúmajú záhady takzvanej kvantovej topológie. Podobné materiály slúžia vo svojom interiéri ako izolanty, čo znamená, že sa elektróny nepohybujú voľne a tým pádom materiál nevedie elektrinu. Elektróny na okraji materiálu sa však môžu voľne pohybovať a tým pádom sú vodivé. Zároveň vďaka špeciálnym vlastnostiam topológie nie sú elektróny prúdiace po okraji nijak ovplyvnené deformáciami alebo poruchami.
Autori štúdie vysvetľujú, že každý objav nových materiálov alebo vlastností má potenciál priniesť výhody celej spoločnosti. Arzén môže podľa nich slúžiť ako nová platforma pre výskum topologických materiálov a kvantových zariadení v miere, ktorú dnes využívané materiály nedokážu dosiahnuť.
Komentáre