Los físicos han creado el primer material súper sólido bidimensional: exótico etapa de mando Se comporta como un líquido sólido y sin fricción al mismo tiempo.
Los supersólidos son materiales que átomos Están dispuestos en una estructura cristalina que se repite regularmente, pero también pueden fluir para siempre sin perder energía cinética. A pesar de sus propiedades peculiares, que parecen violar muchas leyes de la física bien conocidas, los físicos lo han anticipado durante mucho tiempo en teoría: apareció por primera vez como una sugerencia en el trabajo del físico Eugene Gross ya en 1957.
Ahora, usando láseres y gases ultrafríos, los físicos finalmente han logrado transformar un súper sólido en una estructura bidimensional, un avance que podría permitir a los científicos descifrar la física más profunda detrás de las misteriosas propiedades de la fase de materia exótica.
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De particular interés para los investigadores es cómo se comportarán sus supersólidos bidimensionales cuando se enrollen en un círculo, junto con los pequeños vórtices, o vórtices, que aparecerán dentro de ellos.
“Esperamos que haya mucho que aprender al estudiar las oscilaciones rotacionales, por ejemplo, así como los vórtices que pueden existir dentro de un sistema 2D con mucha más facilidad que en 1D”, dijo el autor principal Matthew Norcia, físico de la Universidad. de Quantum Institute, Innsbruck Optics and Quantum Information (IQOQI) en Austria, a Live Science en un correo electrónico.
Para crear un súper sólido, el equipo suspendió una nube de disprosio-164 átomos dentro de unas pinzas ópticas antes de enfriar los átomos justo por encima de cero Kelvin (menos 459,67 grados Fahrenheit, o menos 273,15 grados Celsius) utilizando una tecnología llamada enfriamiento por láser.
Normalmente, disparar un láser al gas lo calentará, pero si los fotones (partículas de luz) en el rayo láser se mueven en la dirección opuesta a las partículas de gas en movimiento, en realidad pueden hacer que las partículas de gas se desaceleren y se enfríen. Después de enfriar los átomos de disprosio tanto como sea posible con un láser, los investigadores aflojaron el “agarre” de sus pinzas ópticas, creando suficiente espacio para que escapen los átomos más energéticos.
Dado que las partículas “más cálidas” vibran más rápido que las más frías, esta técnica, llamada enfriamiento por evaporación, deja a los investigadores solo con sus átomos superenfriados; Estos átomos se han transformado en una nueva fase de la materia: A Condensador Bose-Einstein: Un grupo de átomos superenfriados en el rango de un cabello. cero absoluto.
Cuando un gas se enfría a una temperatura cercana a cero, todos sus átomos pierden su energía y entran en los mismos estados energéticos. Dado que podemos distinguir entre átomos similares en una nube de gas solo al observar sus niveles de energía, esta ecuación tiene un efecto profundo: la nube una vez dispares de átomos que vibran, saltan y chocan que forman el gas más caliente, se convierte en una mecánica cuántica. punto de vista, completamente idéntico.
Esto abre la puerta a cosas realmente extrañas. efectos cuantitativos. Una de las reglas básicas del comportamiento cuántico, el principio de incertidumbre de Heisenberg, dice que no se puede conocer la posición y el momento de una partícula con absoluta precisión. Sin embargo, después de que los átomos condensados de Bose-Einstein dejaron de moverse, se conoció todo su impulso. Esto hace que las posiciones de los átomos sean tan inciertas que los lugares que probablemente ocupen crezcan en área más grande que los espacios entre los propios átomos.
En lugar de átomos separados, los átomos que intervienen en la misteriosa esfera de Bose-Einstein actúan como si fueran solo una partícula gigante. Esto le da a algunos capacitores Bose-Einstein la propiedad de superfluidez, lo que permite que sus moléculas fluyan sin fricción. De hecho, si moviera un vaso de líquido Bose-Einstein superfluido, no dejaría de girar.
Los investigadores utilizaron disprosio-164 (un isótopo del disprosio) porque (junto a su vecino en la tabla periódica holmio) es el más magnético de todos los elementos descubiertos. Esto significa que cuando los átomos de disprosio-164 se sobreenfrían, además de volverse superfluidos, también se agrupan en gotitas, pegándose como pequeños imanes de barra.
Al “ajustar el equilibrio entre las interacciones magnéticas de largo alcance y las interacciones de contacto de corto alcance entre los átomos”, dijo Norcia, el equipo pudo hacer un tubo largo y unidimensional de gotas que también contienen átomos que fluyen libremente: un unidimensionalidad súper sólida. . Este era su trabajo anterior.
Para dar el salto de un supersólido 1D a 2D, el equipo utilizó una trampa más grande y redujo la intensidad de los rayos de las pinzas ópticas en dos direcciones. Esto, combinado con mantener suficientes átomos en la trampa para mantener una densidad lo suficientemente alta, finalmente les permitió crear una estructura en zigzag de gotas, similar a dos tubos opuestos 1D que se encuentran uno al lado del otro, en un 2D súper rígido.
Con la tarea de crearlo detrás de ellos, los físicos ahora quieren usar un súper sólido bidimensional para estudiar todas las propiedades que surgen de la presencia de esta dimensión extra. Por ejemplo, planean estudiar los vórtices que aparecen y quedan atrapados entre las gotas de la matriz, especialmente porque estos vórtices de átomos, al menos en teoría, pueden girar para siempre.
Esto también acerca a los investigadores un paso más a los sólidos tridimensionales de gran tamaño imaginados por propuestas tempranas como Gross, e incluso a las extrañas propiedades que podrían tener.
Los investigadores publicaron sus hallazgos el 18 de agosto en la revista naturaleza.
Publicado originalmente en Live Science.
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