Vědci z MIT poprvé převedli atomy do exotického „okrajového stavu“, což jim umožnilo proudit zcela bez tření. Průlom by mohl vést k lepším supravodičovým materiálům.
Jak se elektrony pohybují různými materiály, narážejí na různé úrovně odporu. V zásadě izolátory umožňují malý až žádný pohyb, polovodiče umožňují některé, vodiče umožňují hodně a supravodiče umožňují naprostou svobodu pohybu bez odporu. Jako takové by supravodivé materiály mohly být použity pro vysokorychlostní přenos dat a energie, zatímco silné elektromagnetické pole, které produkují, by umožnilo levitující vysokorychlostní transport.
Problém je, že studium pohybu elektronů je ošemetná záležitost, protože tyto částice jsou malé a pohybují se super rychle. Takže pro novou studii tým MIT našel způsob, jak přesvědčit atomy, které jsou mnohem větší a pomalejší, aby prováděly stejné chování.
Konkrétně výzkumníci studovali typ supravodivosti nazývaný okrajové stavy. V určitých materiálech se elektrony nepohybují volně celým materiálem, ale jsou omezeny na okraje, kde proudí bez jakéhokoli tření. I když se jim do cesty postaví překážky, bez námahy je obejdou, než aby se odráželi jako normálně.
V elektronech se tyto stavy vyskytují během femtosekund (kvadriliontin sekundy) a vzdáleností zlomků nanometru, což je samozřejmě těžké zachytit. Ale atomy to dělají mnohem viditelnější.
„V našem nastavení se stejná fyzika vyskytuje v atomech, ale v řádu milisekund a mikronů,“ řekl Martin Zwierlein, spoluautor studie. „To znamená, že můžeme pořizovat snímky a sledovat, jak se atomy plazí v podstatě navždy podél okraje systému.“
Výzkumníci omezili mrak asi milionu atomů sodíku do laserové pasti při teplotách vlasu nad absolutní nulou a velmi rychle je roztočili v kruzích.
„Pasti se snaží vtáhnout atomy dovnitř, ale existuje odstředivá síla, která se je snaží vytáhnout ven,“ řekl Richard Fletcher, spoluautor studie. „Tyto dvě síly se navzájem vyvažují, takže pokud jste atom, myslíte si, že žijete v plochém prostoru, i když se váš svět točí. Existuje také třetí síla, Coriolisův efekt, takže pokud se pokusí pohybovat v řadě, jsou vychýleni. Takže tyto masivní atomy se nyní chovají, jako by to byly elektrony žijící v magnetickém poli.
Potom představili okraj – prstenec laserového světla, který zvenku vytvořil jakousi zeď. Když se atomy dotkly prstence, zjistilo se, že se k němu přilepily a volně proudily podél okraje v jednom směru.
Dále vědci představili některé zpomalovače, aby viděli, jak to atomy zvládají. Vyzařovaly do prstence světelné body a atomy samozřejmě pokračovaly nerušeně.
„Záměrně posíláme tuto velkou, odpudivou zelenou skvrnu a atomy by se od ní měly odrazit,“ řekl Fletcher. „Ale místo toho vidíš, že se kolem něj kouzlem najdou, vrátí se ke zdi a pokračují ve své veselé cestě.“
Chování atomů sleduje chování elektronů v okrajových stavech, což je poprvé přímo viditelné. Vědci nyní mohou tento model použít k testování nových teorií a dozvědět se více, což by mohlo pomoci informovat lepší supravodiče.
„Je to velmi čistá realizace velmi krásného kusu fyziky a můžeme přímo demonstrovat důležitost a realitu této hrany,“ řekl Fletcher. „Přirozeným směrem je nyní zavádět do systému více překážek a interakcí, kde se věci stávají nejasnějšími, co lze očekávat.“
Výzkum byl publikován v časopise Přírodní fyzika.
Zdroj: MIT
Čerpáme z těchto zdrojů: google.com, science.org, newatlas.com, wired.com, pixabay.com
