Ešte v 60. rokoch minulého storočia vedec Bert Halperin uviedol do teoretickej fyziky pojem „excitonium“. Názov opisoval novú formu hmoty, ktorá mala v našom vesmíre existovať, no nikdy nebola presvedčivo potvrdená. Teraz sa to výskumníkom po dlhých desaťročiach podarilo.

Za veľkým objavom novej hmoty stojí výskumný tím z Univerzity v Illinois, ktorému velil vedec Peter Abbamonte. O ich výskume autori informujú na oficiálnych stránkach univerzity a v štúdii, ktorú publikoval vedecký magazín Science.

Čo je excitonium?

Excitonium je hmota, ktorú tvoria špeciálne častice nazývané excitóny (excitons). Tieto častice vznikajú pri veľmi zvláštnom kvantovom vytváraní väzby. Excitóny sa tvoria pri párovaní elektrónu, ktorý unikne zo svojho miesta a „diery“, zanechanej pri tomto pohybe. Vytvorená diera následne nadobúda vlastnosti kladne nabitej častice, ktorá priťahuje elektrón. Dochádza teda k vzájomnej väzbe a priťahovaný elektrón aj uvoľnené miesto sa navzájom obiehajú, podobne ako napríklad elektrón a protón vo vodíku.

Zobraziť celú galériu (2)

Ilustračná podoba excitónia (Peter Abbamonte, University of Illinois at Urbana-Champaign Department of Physics and Frederick Seitz Materials Research Laboratory)

Vedcom sa desaťročia nedarilo presvedčivo túto hmotu potvrdiť. Abbamonte a jeho tím, ale vytvorili úplne novú techniku detekcie excitonia. Pomenovali ju skratkou M-EELS, ktorá popisuje spektroskopiu elektrónovej straty na základe hybnosti (Momentum-resolved Electron Energy-Loss Spectroscopy). Pri výskume využívali prechodný kov s označením 1T-TiSe2. V tomto materiále boli vedci schopní otestovať existenciu excitonia pri piatich odlišne štiepených kryštáloch kovu. Výskum tak presvedčivo dokazuje nový typ hmoty.

Na začiatku netušili, čo objavia

Ako informuje portál Newsweek, Abbamonte a jeho tím začali na výskume pracovať ešte pred siedmymi rokmi. Ich cieľom však vtedy nebolo ešte potvrdenie excitonia, ale sledovanie supravodičov. Len pred dvoma rokmi výskumníci prišli na to, že ich práca by mohla potvrdiť existenciu novej hmoty.

Zobraziť celú galériu (2)

Vzťah medzi energiou a hybnosťou pre excitonium pozorovaný s M-EELS (Peter Abbamonte, U. of I. Department of Physics and Frederick Seitz Materials Research Laboratory)

Excitonium však naďalej zostáva veľkou záhadou, pretože vedci dosiaľ nepoznajú všetky jeho vlastnosti. Názory výskumníkov sa zatiaľ rozchádzajú, či ide o izolátor, supravodič alebo supratekutú látku. Výskum nového typu hmoty teda bude pokračovať, ale ako hovorí Abbamonte: „Najdôležitejšie teraz je, že existuje.“