Nieuw bewijs van het bestaan van een afwijkende fase van materie brengt energie-efficiënte technologieën dichterbij

Nieuw bewijs van het bestaan van een afwijkende fase van materie brengt energie-efficiënte technologieën dichterbij
Nieuw bewijs van het bestaan van een afwijkende fase van materie brengt energie-efficiënte technologieën dichterbij
Anonim

Onderzoekers hebben bewijs gevonden voor het bestaan van een afwijkende fase van materie, waarvan het bestaan in de jaren zestig werd voorspeld. Het gebruik van zijn eigenschappen kan de weg vrijmaken voor nieuwe technologieën die informatie kunnen uitwisselen zonder energie te verspillen.

Deze resultaten worden gerapporteerd in het tijdschrift Science Advances.

Tijdens het onderzoeken van het kwantummateriaal merkten de wetenschappers van de Universiteit van Cambridge die het onderzoek leidden de aanwezigheid op van onverwacht snelle energiegolven die door het materiaal gingen toen ze het blootstelden aan korte, intense laserpulsen. Ze konden deze waarnemingen doen met behulp van een microscopisch kleine hogesnelheidscamera die kleine en zeer snelle bewegingen kan volgen op een schaal die voor veel andere methoden moeilijk is. Deze techniek verkent het materiaal met twee lichtpulsen: de eerste verstoort het en creëert golven - of trillingen - die zich naar buiten voortplanten in concentrische cirkels, vergelijkbaar met het laten vallen van een steen in een vijver; een tweede lichtpuls maakt een momentopname van deze golven op verschillende tijdstippen. Alles bij elkaar stelden deze beelden hen in staat om te zien hoe deze golven zich gedragen en om hun "snelheidslimiet" te begrijpen.

"Bij kamertemperatuur reizen deze golven met een snelheid van een honderdste van de snelheid van het licht, wat veel sneller is dan we zouden verwachten in gewoon materiaal. Maar als we naar hogere temperaturen gaan, voelt het alsof de vijver bevroren is", legt hij uit. de eerste auteur van Hope Bretscher, die onderzoek deed in het Cavendish Laboratory in Cambridge. "We zien deze golven helemaal niet wegtrekken van de rots. We hebben lang gezocht waarom dit vreemde gedrag zou kunnen gebeuren."

De enige verklaring die bij alle experimentele waarnemingen leek te passen, was dat het materiaal bij kamertemperatuur een "excitonisolator"-materiefase bevat, die, hoewel theoretisch voorspeld, al tientallen jaren niet is gedetecteerd.

"In een exciton-isolator worden de waargenomen energiegolven ondersteund door ladingsneutrale deeltjes die kunnen bewegen met snelheden die vergelijkbaar zijn met die van elektronen. Belangrijk is dat deze deeltjes informatie kunnen dragen zonder interferentie van de verstrooiingsmechanismen die in de meeste gewone materialen geladen deeltjes beïnvloeden, zoals elektronen, "zegt Dr. Akshay Rao van het Cavendish Laboratory, die de studie leidde. "Deze eigenschap zou een gemakkelijker pad kunnen bieden naar energie-efficiënt computergebruik bij kamertemperatuur dan supergeleiding."

Het Cambridge-team werkte vervolgens samen met theoretici over de hele wereld om te modelleren hoe deze excitonische isolerende fase bestaat en waarom deze golven zich zo gedragen.

"Theoretici hebben het bestaan van deze abnormale fase enkele decennia geleden voorspeld, maar de experimentele moeilijkheden die gepaard gaan met het verkrijgen van bewijs hiervan hebben ertoe geleid dat we nu pas de eerder ontwikkelde fundamenten kunnen toepassen om een vollediger beeld te krijgen van hoe het zich in het echt gedraagt. materiaal, "merkte Yuta Murakami van het Tokyo Institute of Technology op, die aan het onderzoek deelnam.

"Dissipatieve energieoverdracht daagt ons huidige begrip van transport in kwantummaterialen uit en opent nieuwe mogelijkheden voor theoretici om ze in de toekomst te manipuleren", zegt auteur Denis Gole van het Jozef Stefan Instituut en de Universiteit van Ljubljana.

"Dit werk brengt ons een stap dichter bij het creëren van ongelooflijk energiezuinige toepassingen die kunnen profiteren van deze eigenschap, ook in computers", concludeerde Dr. Rao.

Aanbevolen: