Nyt bevis på en afvigende fase af stof bringer energieffektive teknologier tættere på

Forskere har fundet beviser for en uregelmæssig fase af stof, der var forudsagt at eksistere i 1960'erne. Udnyttelse af dets egenskaber kan bane vejen til nye teknologier, der kan dele oplysninger uden energitab. Disse resultater er rapporteret i journalen Videnskab fremskridt .

Mens jeg undersøgte et kvantemateriale, forskerne fra University of Cambridge, der ledede undersøgelsen, observerede tilstedeværelsen af ​​uventet hurtige bølger af energi, der rislede gennem materialet, da de udsatte det for korte og intense laserpulser. De var i stand til at foretage disse observationer ved hjælp af et mikroskopisk fotokamera, der kan spore små og meget hurtige bevægelser på en skala, der er udfordrende med mange andre teknikker. Denne teknik undersøger materialet med to lysimpulser:den første forstyrrer det og skaber bølger - eller svingninger - der formerer sig udad i koncentriske cirkler, på samme måde som at tabe en sten i en dam; den anden lyspuls tager et øjebliksbillede af disse bølger på forskellige tidspunkter. Lægge sammen, disse billeder gav dem mulighed for at se på, hvordan disse bølger opfører sig, og for at forstå deres 'hastighedsgrænse'.

"Ved stuetemperatur, disse bølger bevæger sig med en hundrededel af lysets hastighed, meget hurtigere, end vi ville forvente i et normalt materiale. Men når vi går til højere temperaturer, det er som om dammen er frosset, "forklarede første forfatter Hope Bretscher, der udførte denne forskning på Cambridge's Cavendish Laboratory. "Vi kan slet ikke se disse bølger bevæge sig væk fra klippen. Vi brugte lang tid på at søge efter, hvorfor en sådan bizar adfærd kunne forekomme."

Den eneste forklaring, der syntes at passe til alle de eksperimentelle observationer, var, at materialet var vært for, ved stuetemperatur, en 'excitonisk isolator' fase af stof, som mens det teoretisk forudsiges, havde unddraget sig opdagelse i årtier.

"I en excitonisk isolator, de observerede energibølger understøttes af ladningsneutrale partikler, der kan bevæge sig ved elektronlignende hastigheder. Vigtigere, disse partikler kunne transportere information uden at blive hindret af de spredningsmekanismer, der, i de fleste almindelige materialer, påvirker ladede partikler som elektroner, "sagde Dr. Akshay Rao fra Cavendish Laboratory, der ledede forskningen. "Denne ejendom kan give en enklere vej mod stuetemperatur, energibesparende beregning end superledningens. "

Cambridge -teamet arbejdede derefter med teoretikere rundt om i verden for at udvikle en model om, hvordan denne excitoniske isolerende fase eksisterer, og hvorfor disse bølger opfører sig på denne måde.

"Teoretikere forudsagde eksistensen af ​​denne afvigende fase for årtier siden, men de eksperimentelle udfordringer med at se beviser for dette har betydet, at vi først nu er i stand til at anvende tidligere udviklede rammer for at give et bedre billede af, hvordan det opfører sig i et reelt materiale, "kommenterede Yuta Murakami, fra Tokyo Institute of Technology, der samarbejdede om undersøgelsen.

"Den spredningsfrie energioverførsel udfordrer vores nuværende forståelse af transport i kvantematerialer og åbner teoretikernes fantasi for nye måder til deres fremtidige manipulation, "sagde samarbejdspartneren Denis Gole, fra Jozef Stefan Institute og University of Ljubljana.

"Dette arbejde bringer os et skridt tættere på at opnå nogle utroligt energieffektive applikationer, der kan udnytte denne ejendom, herunder i computere, "sluttede Dr. Rao.