Neben den bekannten Grundzuständen der Materie – fest, flüssig, gasförmig und Plasma – werden im Labor viele exotische Zustände gezaubert. Eine davon, bekannt als „superfest“ wurde erst vor wenigen Jahren bestätigt, nun haben es Forscher der Universität Innsbruck in einer neuen zweidimensionalen Form geschaffen.
Ein Supersolid ist nicht das, wonach es klingen mag. Ihre Atome sind im Wesentlichen in einer starren kristallinen Struktur angeordnet, wie ein normaler Festkörper – sie können aber auch wie eine Supraflüssigkeit viskos Null fließen. Das klingt paradox, aber Wissenschaftler halten es seit den 1960er Jahren für theoretisch möglich – und 2017 wurde es schließlich experimentell bestätigt.
Mehrere Forscherteams haben Supersolids mit einem anderen Aggregatzustand namens a . hergestellt Bose-Einstein-Kondensat (BEC). Diese bestehen aus einer Gaswolke niedriger Dichte von Atomen, die auf fast den absoluten Nullpunkt abgekühlt ist, und zeigen zu diesem Zeitpunkt seltsame Quanten-Macken, die normalerweise in so großem Maßstab nicht zu sehen sind. Alle Atome im BEC existieren bei alles, Punkt innerhalb der Wolke gleichzeitig, in einem Phänomen, das als Delokalisierung bezeichnet wird.
In früheren Experimenten wurden Supersolids nur eindimensional gemacht, sodass die Atome nur in eine Richtung fließen konnten. Jetzt hat das Innsbrucker Team ihnen eine ganz neue Dimension gegeben, in der sie spielen können, wie zum Beispiel, sie von der Bewegung entlang einer Schnur zu einer Bewegung um ein Blatt Papier zu verbessern. Dieses BEC bestand aus Dysprosiumatomen, und magnetische Wechselwirkungen zwischen den Atomen führten dazu, dass sie sich zu Tröpfchen anordneten, die ihrerseits in einem Gitter aufgereiht waren.
„Normalerweise würde man meinen, dass sich jedes Atom in einem bestimmten Tröpfchen befindet, ohne dass man dazwischen kommen kann“, sagt Matthew Norcia, ein Autor der Studie. „Im superfesten Zustand ist jedoch jedes Partikel über alle Tröpfchen delokalisiert und existiert gleichzeitig in jedem Tröpfchen. Im Grunde haben Sie also ein System mit einer Reihe von hochdichten Regionen (den Tröpfchen), die alle die gleichen delokalisierten Atome teilen.“
Das Team sagt, dass dieser Durchbruch es Physikern ermöglichen könnte, eine ganz neue Reihe von Quantenverrücktheiten zu untersuchen, die ein eindimensionaler Superfeststoff nicht kann.
„In einem zweidimensionalen superfesten System kann man beispielsweise untersuchen, wie sich Wirbel im Loch zwischen mehreren benachbarten Tröpfchen bilden“, sagt Norcia. „Diese theoretisch beschriebenen Wirbel sind noch nicht nachgewiesen, aber sie stellen eine wichtige Folge der Suprafluidität dar.“
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Natur.
Quelle: Universität Innsbruck Eurekalert
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Quelle: https://newatlas.com/physics/supersolid-two-dimensional-state-matter/
