süper katı - Supersolid
| Yoğun madde fiziği |
|---|
 |
| Aşamalar · Aşama geçişi · QCP |
Gelen yoğun madde fiziği , bir supersolid bir olduğunu mekansal sipariş ile malzeme süperakıskan özellikleri. Helyum-4 durumunda , 1960'lardan beri bir süper katı yaratmanın mümkün olabileceği tahmin ediliyor. 2017'den başlayarak, bu durumun varlığına dair kesin bir kanıt, atomik Bose-Einstein kondensatlarını kullanan birkaç deneyle sağlandı . Belirli bir maddede süper katılığın ortaya çıkması için gereken genel koşullar, devam eden bir araştırma konusudur.
Arka plan
Süper katı, parçacıkların katı, uzamsal olarak düzenli bir yapı oluşturduğu, ancak aynı zamanda sıfır viskozite ile aktığı özel bir kuantum halidir . Bu akış, ve özellikle de sezgi çelişmektedir süperakıskan sıfır viskoziteli akış, bir özellik özeldir sıvı halde, örneğin, süper-iletken bir elektron ve nötron sıvıları ile gazlar Bose-Einstein kondensatları , ya da helium- gibi alışılmamış sıvıları Yeterince düşük sıcaklıkta 4 veya helyum-3 . 50 yıldan fazla bir süredir süper katı halin var olup olmayacağı belirsizdi.
Helyum kullanan deneyler
Birkaç deney olumsuz sonuçlar verirken, 1980'lerde John Goodkind, ultrason kullanarak bir katıdaki ilk anormalliği keşfetti . Onun gözleminden esinlenerek, 2004 yılında Pennsylvania Eyalet Üniversitesi'ndeki Eun-Seong Kim ve Moses Chan , süper katı davranış olarak yorumlanan fenomenler gördüler. Spesifik olarak, bir burulma osilatörünün klasik olmayan bir dönme atalet momentini gözlemlediler . Bu gözlem klasik modellerle açıklanamadı, ancak osilatör içinde bulunan helyum atomlarının küçük bir yüzdesinin süperakışkan benzeri davranışıyla tutarlıydı.
Bu gözlem, kristal kusurları veya helyum-3 safsızlıklarının oynadığı rolü ortaya çıkarmak için çok sayıda takip çalışmasını tetikledi. Daha fazla deney, helyumda gerçek bir süper katının varlığına dair bazı şüpheler uyandırdı. En önemlisi, gözlemlenen fenomenlerin, helyumun elastik özelliklerindeki değişiklikler nedeniyle büyük ölçüde açıklanabileceği gösterildi. 2012'de Chan, bu tür katkıları ortadan kaldırmak için tasarlanmış yeni bir cihazla orijinal deneylerini tekrarladı. Bu deneyde, Chan ve ortak yazarları, süper katılığa dair hiçbir kanıt bulamadılar.
Ultrasoğuk kuantum gazları kullanan deneyler
2017 yılında, ETH Zürih ve MIT'den iki araştırma grubu, süper katı özelliklere sahip ultra soğuk bir kuantum gazının oluşturulmasını bildirdi. Zürih grubu, iki optik rezonatörün içine bir Bose-Einstein yoğuşması yerleştirdi; bu, atomik etkileşimleri kendiliğinden kristalleşmeye başlayana ve Bose-Einstein yoğuşmalarının doğal aşırı akışkanlığını koruyan bir katı oluşturana kadar geliştirdi. Bu ayar, atomların harici olarak empoze edilmiş bir kafes yapısının bölgelerine sabitlendiği, kafes süper katı olarak adlandırılan özel bir süper katı formunu gerçekleştirir. MIT grubu, etkili bir dönüş-yörünge bağlantısı oluşturan ışık ışınlarına çift kuyulu bir potansiyelde bir Bose-Einstein yoğuşmasını maruz bıraktı. İki spin-yörünge bağlı kafes bölgesi üzerindeki atomlar arasındaki girişim, karakteristik bir yoğunluk modülasyonuna yol açtı.
2019'da Stuttgart, Florence ve Innsbruck'tan üç grup , lantanit atomlarından oluşan dipolar Bose-Einstein kondensatlarında süper katı özellikler gözlemledi . Bu sistemlerde, süper katılık, harici bir optik kafese ihtiyaç duymadan doğrudan atomik etkileşimlerden ortaya çıkar. Bu aynı zamanda süperakışkan akışının doğrudan gözlemlenmesini ve dolayısıyla maddenin süper katı halinin varlığının kesin kanıtını da kolaylaştırdı.
2021'de, 2 boyutlu süper katı bir kuantum gazı oluşturmak için disprosyum kullanıldı.
teori
Bu duruma ilişkin çoğu teoride, boşlukların (normal olarak ideal bir kristalde parçacıklar tarafından işgal edilen boş alanlar) süper katılığa yol açtığı varsayılır . Bu boşluklara sıfır noktası enerjisi neden olur ve bu da onların sahadan sahaya dalgalar halinde hareket etmelerine neden olur . Boş olduğundan bozonlar boş tür bulutlar çok düşük sıcaklıklarda olamayacağını, daha sonra boş bir Bose-Einstein yoğunlaşması bir kelvin bir kaç onda daha az sıcaklıklarda meydana gelebilir. Tutarlı bir boşluk akışı, zıt yönde parçacıkların "süper akışına" (sürtünmesiz akış) eşdeğerdir. Boşluk gazının varlığına rağmen, her kafes bölgesinde ortalama olarak birden az parçacık olmasına rağmen, bir kristalin düzenli yapısı korunur. Alternatif olarak, bir süper-katı, bir süper-akışkandan da ortaya çıkabilir. Atomik Bose-Einstein kondensatlarıyla yapılan deneylerde gerçekleştirilen bu durumda, uzaysal olarak sıralanmış yapı, süperakışkan yoğunluk dağılımının üstünde bir modülasyondur.
Ayrıca bakınız
Referanslar
Dış bağlantılar
- Süper katı bir deneyde doğa hikayesi
- Penn State: Süper Katı Nedir?
- "Dipolar kuantum gazlarında görülen süper katı davranış" . Fizik Dünyası . 20 Nisan 2019.