Scanning af tunnelmikroskopi afslører uventet optisk fononeffekt

I et nyligt offentliggjort open-access-papir i tidsskriftet Naturvidenskabelige rapporter , videnskabsmænd rapporterede observation af et kondensat ved stuetemperatur af optiske fononer, kaldet et Bose-Einstein (B-E) kondensat.

"Vi forudsagde ikke dette B-E-kondensat i vores model. Dette er en helt ny observation, "sagde Alexander" Sasha "Balatsky fra Los Alamos National Laboratory, en medforfatter på papiret med et forskerhold fra Air Force Research Laboratory, Pennsylvania State University, Los Alamos National Laboratory og Nordita Center for Quantum Materials, KTH Royal Institute of Technology og Stockholms Universitet.

Det nye stof kan være nyttigt til fononbaserede kvantecomputere, og det kan også kaste lys over de betingelser, der kræves for at danne biologiske Fröhlich -kondensater af kollektive tilstande.

Bose-Einstein kondens (BEC) er et fascinerende fænomen, en der stammer fra kvantestatistik for identiske partikler med et heltal spin, kaldet bosoner. Nogle gange omtalt som den femte tilstand af stof, det blev oprindeligt forudsagt i 1924 af Albert Einstein og Satyendra Nath Bose. I en BEC, stof holder op med at opføre sig som uafhængige partikler, og falder sammen i en enkelt kvantetilstand, der kan beskrives med en enkeltbølgefunktion. Normalt forekommer dette fænomen for fortyndede atomdampe og kun ved ekstremt lave temperaturer.

BEC indebærer dannelse af en kollektiv kvantetilstand, hvis partikeltætheden overstiger en kritisk værdi. For kvasi-partikler, såsom fononer eller magnoner, BEC kan forekomme ved forhøjede temperaturer, og muligvis også ved stuetemperatur, som det ses i dette eksperiment, fordi deres tæthed stiger med temperaturen.

Til observation af dette fænomen, forskerne brugte atomisk tynde plader af wolframdiselenid, en todimensionel halvleder, som blev understøttet af en lille tæthed af molekyler, som en tynd membran på isolerede søjler.

Ved at bruge kvantetunnelering af elektroner til vibrerende overfladeatomer, fononkondensatsvingninger blev observeret på atomskalaen. "Kondensdråberne dannet i 2-D monolaget af WSe2, "sagde Igor Altfeder, fra Air Force Research Laboratory (AFRL/UTC), ledende forsker på projektet "De molekylære søjler letter oprettelsen af ​​kondensat i WSe2 ved hjælp af forbedring af fonon-fonon-interaktioner."

Kondensatet blev observeret ved hjælp af et scannende tunnelmikroskop, og det viste sig i form af små dråber, hvis radius er flere nanometer, udvikler sig omkring de understøttende molekylære søjler. Forfatterne forklarer, at hver søjle fungerer som et synkroniseringsmiddel og får fononerne inde i wolframdiselenid-atomarket til at synkronisere deres oscillationsfaser, i en nær analogi til synkronisering af flere atomure, dermed oprettelse af BEC.