Fizicienii au bombardat un material cuantic cu lasere, apoi au urmărit cum acesta se reconstruiește singur

Adaugă-ne ca sursă preferată

Urmărește-ne in Discover

Fizicienii au bombardat un material cuantic cu lasere. Avem deja computere cuantice, însă acestea sunt foarte specializate, puțin practice și valorifică doar o parte din potențialul de calcul pe care oamenii de știință cred că această tehnologie l-ar putea oferi în viitor.

Materialele cuantice pot găzdui mai multe stări electronice aflate în competiție, iar înțelegerea modului în care apar aceste stări reprezintă de mult timp o provocare. Un nou studiu analizează modul în care două faze numite unde de densitate de sarcină pot apărea și coexista în același material.

Cercetătorii au folosit aceste forme relativ simple ale comportamentului electronilor pentru a studia competiția dintre faze în materiale cuantice mai complexe, inclusiv în cele care prezintă supraconductivitate și magnetism.

„La fel ca supraconductivitatea, undele de densitate de sarcină sunt fenomene colective în care electronii se deplasează împreună în anumite moduri”, explică fizicianul Yifan Su, de la MIT (SUA).

Fizicienii au bombardat un material cuantic cu lasere. Ce s-a întâmplat după aceea?

Fizicienii au bombardat un material cuantic cu lasere. Pentru experiment, echipa a ales telurura de erbiu, un material despre care se știe deja că poate găzdui simultan două astfel de stări, reprezentând modele diferite ale densității electronilor și două faze cuantice distincte.

Telurura de erbiu dezvoltă o undă de densitate de sarcină dominantă la temperaturi sub aproximativ -8 grade Celsius. O a doua undă apare sub aproximativ -113 grade Celsius, orientată perpendicular pe prima în interiorul cristalului și formând un model asemănător unei table de șah.

Aceste două faze coexistente și aflate în competiție apar doar la temperaturi foarte scăzute, ceea ce le face dificil de studiat în condiții normale. „Mecanismul responsabil pentru apariția celei de-a doua faze a fost dezbătut mult timp, iar abordarea noastră oferă o nouă metodă puternică pentru a descoperi fizica ascunsă din spatele tranzițiilor de fază în materialele cuantice”, spune fizicianul Nuh Gedik, de la MIT.

Pentru a observa procesul, cercetătorii au folosit două impulsuri laser scurte și intense. Primul a perturbat modelul de tip tablă de șah format de cele două faze electronice, obligându-le să se reorganizeze. Al doilea impuls a permis măsurarea modului în care undele de densitate de sarcină se reconstruiesc.

Prima fază, dominantă, a reapărut treptat și uniform, așa cum anticipau cercetătorii. Cea de-a doua s-a comportat însă diferit: a reapărut inițial în regiuni izolate, care apoi s-au extins în material, asemănător modului în care apar cristalele de gheață atunci când îngheață apa.

La ce ar putea fi folosită descoperirea în viitor?

Rezultatele sugerează că cele două faze se formează prin mecanisme fundamental diferite. „Una dintre cele mai importante întrebări din fizică este de ce unele materiale găzduiesc mai multe faze, în timp ce altele nu. Iar atunci când există mai multe faze, cum interacționează acestea? Se consolidează reciproc, concurează sau coexistă independent?”, spune Gedik.

În materiale mai complexe, precum supraconductorii de înaltă temperatură, pot exista simultan magnetism, supraconductivitate și unde de densitate de sarcină. Modul în care aceste faze interacționează ar putea fi esențial pentru proprietățile neobișnuite ale materialelor, scrie ScienceAlert.

Aceeași metodă bazată pe impulsuri laser ar putea fi folosită în viitor pentru studierea unor materiale mai complexe, ajutându-i pe cercetători să înțeleagă modul în care acestea își dezvoltă proprietățile.

Descoperirea ar putea avea implicații și pentru electronică. Pe termen lung, materialele cuantice ar putea înlocui siliciul din cipurile convenționale, dar numai dacă oamenii de știință vor putea construi și controla aceste materiale cu o precizie foarte mare.

„Oamenii cred că fundamentul înlocuirii siliciului se află în materialele cuantice care au mai multe faze coexistente. Experimentul nostru oferă o metodă foarte clară pentru studierea acestor faze multiple”, spune fizicianul Alfred Zong, care a condus studiul împreună cu cercetătorii de la MIT și lucrează acum la Stanford University (SUA).

Cercetarea a fost publicată în Nature Physics.

Vă recomandăm să citiți și:

Un satelit cât o valiză ar putea detecta primul semnal cosmic dinaintea apariției stelelor

Descoperire istorică pentru fizica modernă! Ce au observat oamenii de știință pentru prima dată?

Cercetătorii au creat plasticul care se evaporă la căldură și se reasamblează singur

Astronomii au descoperit, în premieră, un metal esențial pentru viață în jurul unei supergigante rare