Fysikere finder tegn på en eksotisk tilstand

Ved hjælp af ultrakølede atomer, forskere ved Heidelberg Universitet har fundet en eksotisk tilstand af stof, hvor de bestanddeler, der er sammensat, parres, når de begrænses til to dimensioner. Resultaterne fra kvantefysikkens område kan indeholde vigtige spor til spændende fænomener med superledning. Resultaterne blev offentliggjort i Videnskab .

Superledere er materialer, gennem hvilke elektricitet kan strømme uden modstand, når de først er afkølet til en bestemt kritisk temperatur. Den teknologisk mest relevante materialeklasse, med usædvanligt høje kritiske temperaturer for superledning, er dårligt forstået indtil videre. Der er beviser, imidlertid, at for at superledning kan forekomme, en bestemt type partikler - fermionerne - skal parre sig. I øvrigt, forskning har vist, at materialer, der bliver superledende ved relativt høje temperaturer, har lagdelte strukturer. "Det betyder, at elektroner i disse systemer kun kan bevæge sig i todimensionale planer", forklarer prof. dr. Selim Jochim fra Heidelberg Universitets institut for fysik, der leder projektet. "Det, vi ikke forstod før nu, var, hvordan samspillet mellem parring og dimensionalitet kan føre til højere kritiske temperaturer."

For at undersøge dette spørgsmål, forskere ved Center for Quantum Dynamics udførte eksperimenter, hvor de begrænsede en gas af ultrakølede atomer i todimensionelle fælder, som de skabte ved hjælp af fokuserede laserstråler. "I faststofsmaterialer som kobberoxider, der er mange forskellige effekter og urenheder, der gør disse materialer vanskelige at studere. Derfor bruger vi ultrakølede atomer til at simulere elektroners adfærd i faste stoffer. Dette giver os mulighed for at oprette meget rene prøver og giver os fuld kontrol over de væsentlige systemparametre ", siger Puneet Murthy, en ph.d. studerende ved Center for Quantum Dynamics ved Heidelberg University og en af ​​hovedforfatterne til denne publikation.

Ved hjælp af en teknik kendt som radiofrekvensspektroskopi, forskerne målte atomernes reaktion på en radiobølge-puls. Fra dette svar, de kunne fortælle præcist, om partiklerne var parret eller ikke, og på hvilken måde. Disse målinger blev også udført for forskellige styrker af interaktion mellem fermioner. I løbet af eksperimenterne forskerne opdagede en eksotisk tilstand af stof. Teori siger, at fermioner med en svag interaktion skal parre sig ved den temperatur, hvor de bliver superledende. Imidlertid, da forskerne øgede interaktionen mellem fermioner, de fandt ud af, at parring fandt sted ved temperaturer flere gange højere end den kritiske temperatur.

"For at nå vores ultimative mål om bedre at forstå disse fænomener, vi starter med små systemer, som vi sammensætter atom for atom ", siger prof. Jochim.