Den første observation af et materiale, der udviser en supersolid fase af stof

Gennem eksperimentel forskning har et hold fysikere tilknyttet flere institutioner i Kina for første gang observeret et materiale i en supersolid fase af stof. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Nature , beskriver gruppen de eksperimenter, de udførte for at opnå denne bedrift og dens implikationer. Natur har udgivet en Research Briefing i samme tidsskriftsudgave, der skitserer det arbejde, som teamet har udført på denne indsats.

Et supersolid er et tilsyneladende modstridende materiale - det defineres som stift, men har også superfluiditet, hvori en væske strømmer uden friktion. I 1970'erne antydede teoretisk arbejde af Anthony Leggett, at et sådant materiale kunne være muligt. Men indtil nu har ingen været i stand til at finde det i naturen eller syntetisere det i laboratoriet.

For at skabe et supersolid startede forskerne involveret i denne nye undersøgelse med en forbindelse kaldet NBCP - den har den unikke egenskab af atomer arrangeret i trekantede gitter. Det betyder, forskerholdet fandt ud af, at hvis det er placeret i et magnetfelt, vil alle dets atomer spinde i samme retning.

Men når magneten fjernes, forsøger atomerne alle at orientere sig med et spin modsat deres nabos – men fordi de er arrangeret i en trekant, opstår "frustration" på grund af de begrænsede mulige orienteringer. Denne observation antydede, at NBCP under de rigtige forhold kunne eksistere som et supersolid.

For at skabe de rette forhold byggede forskerne et apparat til at måle den magnetokaloriske effekt, da materialet blev udsat for et magnetfelt uden frygt for varmelækager. Dette gjorde det muligt for dem at kortlægge entropitilstanden, hvilket igen gjorde det muligt for dem at detektere atomernes spintilstande og deres overgange. De sammenlignede resultaterne med teoretiske beregninger og fandt ud af, at de var på rette vej.

De foretog derefter neutrondiffraktionsmålinger og sammenlignede dem med teoretiske beregninger og fandt igen overensstemmelse. Sammen gav sådanne målinger dem mulighed for at konkludere, at de havde observeret et materiale i dets supersolid tilstand.

Observationen forventes at åbne nye muligheder for at studere kvantefænomener og simulere nye materialer.

Flere oplysninger: Junsen Xiang et al, Kæmpe magnetokalorisk effekt i spin supersolid kandidat Na2BaCo(PO4)2, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-023-06885-w

Spin supersolid med gigantisk magnetokalorisk effekt lover en ny vej til ekstrem afkøling, Nature (2024). DOI:10.1038/d41586-023-04102-2. www.nature.com/articles/d41586-023-04102-2

Journaloplysninger: Natur

© 2024 Science X Network