Fizikçiler bozonlardan yapılmış garip bir madde keşfetti
Bir ızgarayı (pencere perdesi veya petek gibi normal hücrelerden oluşan bir ızgaranın düz bir bölümü) alın ve üstüne benzer başka bir ızgara yerleştirin. Ancak ızgaraların her birinin kenarlarını veya hücrelerini hizalamaya çalışmak yerine, alt ızgaranın bazı kısımlarını görebilmek için üst ızgarayı döndürün. Bu yeni üçüncü kalıp harelidir ve UC Santa Barbara fizikçilerinin bazı ilginç malzeme davranışları buldukları tungsten diselenide ve tungsten disülfid kafeslerinin bu tür iç içe düzenlemesi arasındadır.
“Maddenin yeni bir halini keşfettik – bozon bağlı bir yalıtkan” dedi. Zengin XiongUCSB Yoğun Madde Fiziği Grubunda yüksek lisans öğrencisi araştırmacı Qin Hao Jinve A kitabının ana yazarı kağıt Science dergisinde görünen. Xiong, Jin ve UCSB, Arizona Eyalet Üniversitesi ve Japonya’daki Ulusal Malzeme Bilimi Enstitüsü’nden işbirlikçilere göre, bu tür bir maddenin -eksitonlar adı verilen daha yüksek bir bozon parçacıkları kristali- ilk kez yaratıldığı görülüyor. “gerçek” (sentetik yerine) sistem Konu.
Jin, “Geleneksel olarak, insanlar çabalarının çoğunu birçok fermiyonu bir araya getirdiğinizde ne olduğunu anlamaya harcadılar” dedi. “Çalışmamızın ana itici gücü, esasen etkileşen bozonlardan yeni bir malzeme yapmış olmamızdır.”
Bozonik. dişli yalıtkan.
Atomaltı parçacıklar iki geniş türden birinde gelir: fermiyonlar ve bozonlar. Jin, en büyük farklılıklardan birinin davranışlarında olduğunu söyledi.
“Bozonlar aynı enerji seviyesini işgal edebilirler; fermiyonlar bir arada kalmayı sevmezler. Bu davranışlar birlikte, bildiğimiz evreni oluşturur.”
Fermiyonlar, tıpkı elektronlar gibi, kararlı oldukları ve elektrostatik kuvvet aracılığıyla etkileştikleri için en aşina olduğumuz maddenin temelini oluşturur. Bu arada, fotonlar (ışık parçacıkları) gibi bozonların yaratılması veya manipüle edilmesi daha zor olma eğilimindedir çünkü ya geçicidirler ya da birbirleriyle etkileşime girmezler.
Xiong, ayırt edici davranışlarının kanıtının, farklı kuantum mekanik özelliklerinde yattığını açıkladı. Fermiyonlar 1/2 veya 3/2 gibi yarım tamsayı “dönüşlere” sahipken, bozonlar tamsayı dönüşlere sahiptir (1, 2, vb). Bir eksiton, negatif yüklü bir elektronun (bir fermiyon) karşılık gelen pozitif yüklü “deliğe” (başka bir fermiyon) bağlı olduğu, yarım tam sayıyı bir tamsayı haline getirmek için birlikte döndürerek bir bozonla sonuçlanan bir durumdur.
Araştırmacılar, sistemlerinde eksitonları oluşturmak ve tanımlamak için iki kafesi katmanlaştırdılar ve “pompa spektroskopisi” adını verdikleri bir yöntemle üzerlerine güçlü ışıklar tuttular. Hem kafeslerden (tungsten disülfidden elektronlar ve tungsten dioksitten delikler) hem de ışıktan parçacıkların toplanması, araştırmacıların bu parçacıkların davranışını araştırmasına izin verirken, eksitonlar arasındaki oluşum ve etkileşimlere elverişli bir ortam yarattı.
Jin, “Ve bu eksitonlar belirli bir yoğunluğa ulaştığında artık hareket edemez hale geldiler” dedi. Bu parçacıkların belirli bir yoğunluktaki toplu davranışları, güçlü etkileşimler sayesinde onları kristal bir duruma zorlamış ve kararlılıkları nedeniyle yalıtkan bir etki yaratmıştır.
Xiong, “Burada olan şey, bozonları daha yüksek mertebeden bir duruma iten ilişkiyi keşfettik” diye ekledi. Genel olarak, çok soğuk sıcaklıklar altında gevşek bir bozon topluluğu bir yoğunlaştırıcı oluşturur, ancak bu rejimde, hem hafif hem de artan yoğunluk ve nispeten daha yüksek sıcaklıklarda etkileşim ile, kendilerini simetrik olarak yüklü, nötr katı bir yalıtkan olarak organize ettiler.
Maddenin bu egzotik halinin yaratılması, araştırmacıların moiré ve pompa spektroskopisi platformunun bozonik materyaller yaratmak ve araştırmak için önemli bir araç haline gelebileceğini kanıtlıyor.
Xiong, “Süper iletkenlik gibi şeylere yol açan fermiyonlu birçok vücut aşaması var.” Dedi. Ayrıca egzotik fazlar olan bozonlara benzer birçok cisim vardır. Dolayısıyla bir platform yarattık, çünkü gerçek malzemelerde bozonları incelemek için harika bir yöntemimiz yoktu.” Eksitonlar iyi çalışılmış olsa da, bu projenin bile onları bozonlarla güçlü bir şekilde etkileşime girmeye ikna edecek bir yolu olmadığını da sözlerine ekledi. birbirine göre.
Jain’e göre yöntemleri sayesinde, yalnızca eksitonlar gibi iyi bilinen bozonik parçacıkları incelemek değil, aynı zamanda yeni bozonik malzemelerle yoğun madde dünyasına daha fazla pencere açmak mümkün olabilir.
“Bazı malzemelerin çok garip özelliklere sahip olduğunu biliyoruz” dedi. “Yoğun madde fiziğinin amaçlarından biri, neden bu kadar zengin özelliklere sahip olduğunu anlamak ve bu davranışların daha güvenilir görünmesini sağlamanın yollarını bulmaktır.”
