Naast de algemeen bekende toestanden van materie – vast, vloeibaar, gas en plasma – worden er in het laboratorium veel exotische toestanden opgeroepen. Eén ervan, bekend als een “supersolide”, werd pas een paar jaar geleden bevestigd, en nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Innsbruck het in een nieuwe tweedimensionale vorm gecreëerd.

Een supersolid is niet wat het klinkt. In wezen zijn de atomen gerangschikt in een stijve kristallijne structuur, zoals een gewone vaste stof, maar ze kunnen ook stromen zonder viscositeit, zoals een supervloeistof. Dat klinkt als een paradox, maar wetenschappers denken al sinds de jaren zestig dat het theoretisch mogelijk is – en in 1960 werd het uiteindelijk experimenteel bevestigd.

Verschillende teams van onderzoekers hebben supersolids gemaakt met behulp van een andere toestand van materie, genaamd a Bose-Einstein-condensaat (BEC). Deze bestaan ​​uit een gaswolk van atomen met lage dichtheid die zijn afgekoeld tot bijna het absolute nulpunt, en op dat moment vertonen ze vreemde kwantumeigenaardigheden die normaal niet op zo'n grote schaal worden gezien. Alle atomen in de BEC bestaan ​​op elk punt tegelijkertijd in de wolk, in een fenomeen dat delokalisatie wordt genoemd.

In eerdere experimenten werden supersolids slechts eendimensionaal gemaakt, zodat de atomen maar in één richting konden stromen. Nu heeft het team uit Innsbruck ze een geheel nieuwe dimensie gegeven om in te spelen, zoals het upgraden van het bewegen langs een touwtje naar het bewegen rond een stuk papier. Deze BEC was gemaakt van dysprosiumatomen, en magnetische interacties tussen de atomen zorgden ervoor dat ze zichzelf in druppeltjes rangschikten, die zelf in een rooster stonden.

“Normaal gesproken zou je denken dat elk atoom in een specifiek druppeltje zit, zonder dat er een manier is om ertussen te komen”, zegt Matthew Norcia, een auteur van het onderzoek. “In de supersolide toestand is elk deeltje echter gedelokaliseerd over alle druppeltjes, die tegelijkertijd in elke druppel voorkomen. Dus feitelijk heb je een systeem met een reeks gebieden met een hoge dichtheid (de druppeltjes) die allemaal dezelfde gedelokaliseerde atomen delen.”

Het team zegt dat deze doorbraak natuurkundigen in staat zou kunnen stellen een geheel nieuw scala aan kwantumvreemdheid te bestuderen die een eendimensionale supersolide niet kan.

“In een tweedimensionaal supersolid-systeem kun je bijvoorbeeld bestuderen hoe wervels ontstaan ​​in het gat tussen verschillende aangrenzende druppels”, zegt Norcia. “Deze in theorie beschreven wervels zijn nog niet aangetoond, maar vertegenwoordigen een belangrijk gevolg van superfluïditeit.”

Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift NATUUR.

Bron: Universiteit van Innsbruck via EurekAlert

PlatoAi. Web3 opnieuw uitgevonden. Gegevensintelligentie versterkt.
Klik hier om toegang te krijgen.

Bron: https://newatlas.com/physics/supersolid-two-dimensional-state-matter/