Kvanteeffekt observeret i store metal

I materialevidenskabens verden, nogle gange kan hovedopdagelser findes på uventede steder. Mens de arbejdede på resistiviteten af ​​en type delafossit - PdCoO2 - opdagede forskere ved EPFL's Laboratory of Quantum Materials, at elektronerne i deres prøve ikke opførte sig helt som forventet. Når et magnetfelt blev påført, elektronerne beholdt signaturer af deres bølgelignende natur, som kunne observeres selv under relativt høje temperaturforhold og optrådte i relativt store størrelser. Disse overraskende resultater, opnået i samarbejde med flere forskningsinstitutioner, kunne vise sig nyttig, for eksempel i jagten på kvanteberegning. Forskningen offentliggøres i dag i det prestigefyldte tidsskrift Videnskab .

For at forstå betydningen af ​​denne opdagelse, vi skal forestille os selv på den lille skala af atomer. I den skala, vi ser, at metaller – selvom vi normalt tænker på dem som ret tætte – faktisk består af rigtig mange tomme rum omkring atomerne. Når elektroner bevæger sig i disse interstitielle rum, de har en dobbelt natur, opfører sig både som partikler og som bølger. Normalt fanges deres bevægelser i en metaltråd godt af deres partikellignende aspekter, da deres bølgelignende natur er alt for svag og maskeret af forskellige andre interaktioner. Kun under meget specifikke laboratorieforhold, især ved meget lave temperaturer, eksperimenter af Richard Webb og kolleger havde berømt afsløret bølgekarakteren af ​​elektroner i metaller.

Den undersøgte prøve var PdCoO ₂ , hvis elektroniske struktur er næsten todimensionel og ekstremt ren, og som bruges som katalysator i kemi. Forskerne var overraskede over at observere en ny type svingninger, der udviste betydelige kohærenslængder, når prøven var udsat for et magnetfelt. Denne sammenhæng er vigtig, når man forsøger at bevare kvantetilstande, og betingelserne, hvorunder det opstod, burde ikke have været muligt under fysikkens grundlæggende principper. I dette tilfælde, de blev noteret ved temperaturer op til 60 Kelvin og ved længdeskalaer på op til 12 mikron.

"Den er gigantisk!"

"Dette er virkelig overraskende, " siger Philip Moll, der leder EPFL's Laboratory of Quantum Materials. "Det er allerførste gang, denne kvanteeffekt er blevet observeret i et så stort stykke metal. Tolv mikrometer kan virke små, men for dimensionerne af et atom, det er gigantisk. Dette er længden af ​​det biologiske liv, såsom alger og bakterier."

Det næste trin vil være at prøve og bedre forstå, hvordan dette fænomen er muligt i denne skala. Men forskere forestiller sig allerede et væld af muligheder, især inden for kvanteberegning.