Solid forskning får fysikere til at foreslå en ny tilstand

Udtrykket "superfluid quasicrystal" lyder som noget en tegneserie-skurk kan bruge til at gennemføre sine vanvittige planer.

I virkeligheden, det er en ny form for stof foreslået af teoretiske fysikere ved University of Texas i Dallas i en nylig undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve . Deres undersøgelse beskriver også en "opskrift" til fremstilling af de eksotiske materialer i laboratoriet.

De fleste mennesker er bekendt med de tre grundlæggende tilstande af stof:fast, væske og gas. Der er faktisk flere, herunder plasma, som findes inde i solen og andre stjerner, og Bose-Einstein kondenserer, som er meget tætte og kun findes ved de mest ekstreme kolde temperaturer.

Et superfluid er en eksotisk tilstand af stof med usædvanlige egenskaber. Det har nul viskositet, hvilket betyder, at den kan flyde hen over en overflade og ikke bremse - eller miste energi - på grund af friktion med overfladen. Superfluider, såsom flydende helium, skal afkøles til ekstremt lave temperaturer, for at sådanne egenskaber kan dukke op.

"Hvis din morgenkaffe var en overflødig væske, og du rørte i det med en ske, du kunne fjerne skeen, og kaffen ville aldrig stoppe med at bevæge sig, " sagde Dr. Chuanwei Zhang, professor i fysik på Skolen for Naturvidenskab og Matematik og tilsvarende forfatter til undersøgelsen. "Regelmæssige væsker vil til sidst stoppe på grund af friktion med koppen."

Både en Superfluid og en Quasikrystal

For omkring 50 år siden, forskere foreslog en ny type stof, der kombinerede egenskaberne af et supervæske med egenskaberne af en fast krystal. Kaldt et supersolid, Det er kun i de sidste par år, at forskere har været i stand til at producere det usædvanlige materiale i laboratoriet.

"I fysikken, vi har en meget streng definition af, hvad en væske er, og hvad et fast stof er, "Sagde Zhang." Flydende vand kan ikke opføre sig som et fast stof, og omvendt. De kan blandes sammen, for eksempel i et glas isvand, men de er stadig adskilte former for stof. "

I kvantefysikkens verden, som beskriver hvordan stof opfører sig på niveau med atomer og individuelle partikler, det er ikke altid sandt, Sagde Zhang.

"Et supersolid er en væske, der flyder uden friktion, hvis atomer også er arrangeret periodisk, ligesom de er i et krystalfast stof, " sagde han. "Disse to stater, som udelukker hinanden i vores hverdag, kan eksistere på samme tid i det samme fysiske materiale i kvanteverdenen."

I deres nye undersøgelse, Zhang og hans kolleger foreslår det næste logiske trin - at foreslå en ny type stof, der både er en superfluid og en kvasikrystal.

En krystal, som bordsalt, har atomer, der er arrangeret i et højt ordnet, periodisk mønster, der er uændret, når du roterer eller gentager det, Sagde Zhang. Et skakternet kan opfattes som en todimensionel krystal. kvasikrystaller, på den anden side, er materialer, hvis atomer er ordnet og har struktur som i en krystal, men deres arrangement er ikke periodisk - det gentages ikke.

"Vi stillede spørgsmålet kan du få en ny kvantestoftilstand, der både er en kvasikrystal og en superfluid?" sagde Zhang.

Svaret er ja, i det mindste ud fra fysiske principper, Sagde Zhang.

Materialet, Zhang og hans kolleger foreslår, skal flyde uden friktion, samtidig med at det udviser et ikke -periodisk, kvasikrystal struktur.

"Dette er en teori i øjeblikket, men i dette papir foreslår vi en eksperimentel opsætning, der ligner eksperimentet, der producerede de første supersolider, " sagde Zhang. "Den gode nyhed er, vi skulle ikke skulle opfinde nogen ny teknologi for rent faktisk at lave dette materiale. Det involverer dybest set at skyde lasere på et Bose-Einstein-kondensat."

Junpeng Hou, hovedforfatteren af ​​undersøgelsen og en fysik -ph.d. -studerende ved UT Dallas, sagde at producere materialet stadig kan være udfordrende.

"Det kan tage flere år for nye supersolider at blive eksperimentelt realiseret, "Sagde Hou." Men jeg tror, ​​at vores system ikke ville tage så lang tid, måske et eller to år."