Fyzici dosiahli prelom, na ktorý sa dlho čakalo. Vytvorili zvláštny stav hmoty pri izbovej teplote

Fyzika na kvantovej úrovni dokáže prekonať bežné hranice pevných látok, kvapalín či plynov, čo nedávno potvrdil medzinárodný tím vedcov. Vedci totiž prinášajú správy o experimentálnom pozorovaní extrémne vzácneho a exotického kvantového stavu hmoty, upozorňuje ScienceAlert.

Najväčšou technologickou inováciou tohto úspechu je skutočnosť, že sa ho podarilo vytvoriť pri izbovej teplote. Zatiaľ čo doteraz si podobné kvantové experimenty vyžadovali zložité a finančne nákladné kryogénne chladenie blízko absolútnej nuly, najnovší prístup funguje bez potreby mraziacich zariadení. To otvára dvere k praktickejšiemu využitiu kvantových technológií v pokročilých výpočtových systémoch a vysoko citlivých senzoroch.

Miniatúrny svet nových pravidiel

Samotný kvantový stav, ktorý vykazuje charakteristiky pevnej látky aj kvapaliny súčasne, bol skonštruovaný pomocou miniatúrnej štruktúry zachytávajúcej svetlo, známej ako mikrorezonátor. Táto experimentálna platforma prináša viacero kľúčových výhod vrátane relatívne nízkych nákladov, možnosti presného dynamického riadenia prostredníctvom privádzaného elektrického napätia a úplnej absencie požiadaviek na kryogénne chladenie.

Podľa fyzika Viktora Pieceka z Vojenskej technickej univerzity v Poľsku dokážu tieto mikrorezonátory s tekutými kryštálmi fungovať stabilne aj pri teplotách blížiacich sa k hranici 60 stupňov Celzia, čím radikálne menia doterajšie predstavy o laboratórnych podmienkach pre prácu s kvantovými systémami.

Odborný názov tohto exotického stavu znie supersolid v rámci Boseho-Einsteinovho kondenzátu exciton-polaritónov, čo si vyžaduje bližšie technologické vysvetlenie. Kvantová ríša pozná superkvapaliny, čo sú kvapaliny prúdiace úplne bez akéhokoľvek odporu, a supersolidy, ktoré kombinujú toto superkvapalinné správanie s pravidelnou, opakujúcou sa kryštalickou štruktúrou.

Exciton-polaritón predstavuje hybridnú kváziačasticu spájajúcu svetlo a hmotu, zatiaľ čo Boseho-Einsteinov kondenzát je stav, v ktorom sa množstvo jednotlivých častíc správa ako jediná kvantová entita.

Na úspešnú produkciu tohto stavu vedci skombinovali tekutý kryštál ovládateľný napätím a organický polovodič so silnou interakciou so svetlom, pričom potrebnú energiu na spustenie kvantovej reakcie dodávali presne smerované impulzy lasera.

Zatiaľ má nedostatky

Hlavným technologickým problémom experimentu bola krátka životnosť samotného javu, pretože materiál postupne degradoval v dôsledku chemickej reakcie medzi polovodičom a tekutým kryštálom.

kjpargeter/freepik

Fyzik Marcin Muszyński z City College of New York priblížil, že celý postup experimentov musel byť naplánovaný striktne vopred, pričom každé opakovanie merania si vyžadovalo výrobu úplne novej vzorky. Dôkazom toho, že išlo o autonómnu vlastnosť samotného kvantového stavu a nie o artefakt ovplyvnený vonkajším mikrorezonátorom, bolo správanie kondenzátu pri opakovaných laserových pulzoch.

Pruhy predstavujúce pevnú kryštalickú zložku sa zakaždým usporiadali v mierne odlišných pozíciách, čo francúzsky fyzik Guillaume Malpuech z CNRS označil za ukážkový príklad spontánneho narušenia symetrie predpovedaného teoretickými modelmi.

Napriek tomu, že individuálne častice vydržali v stabilnom stave len zlomky sekúnd, získané dáta a počítačové simulácie poskytli dostatočné podklady na detailnú analýzu. Ďalšie smerovanie tohto výskumu sa bude sústrediť na predĺženie životnosti samotných reakcií a preskúmanie kvantových vírov, ktoré slúžia ako indikátory superkvapalinného správania.

Čítajte viac z kategórie: Novinky