Відкрита нова форма матерії - экситоний

Опубликованно 11.12.2017 21:50

Дослідники з Університету штату Іллінойс оголосили про відкриття нової форми матерії, яку назвали экситоний (лат. excitonium). Цей матеріал складається з частинок подібних бозонам, які дозволяють матерії проявляти властивості сверхжидкости, надпровідника і навіть ізолюючого електронного кристала.

Професор Пітер Аббамонт і його команда працювали разом з фізиками з Каліфорнійського університету, Берклі та Амстердамського університету. Їх метою було довести існування і вивчити властивості таємничого типу матерії, який був теоретично описано більше 50 років тому і досі залишався предметом палких суперечок. Робота вчених опублікована в журналі Science.

Экситоний — це конденсат, що складається з екситонів, які в свою чергу є квазічастинками, що представляють собою пов'язане стан електрона і так званої дірки, інший квазічастинки. Такий хитромудрий квантовомеханический синтез можливий завдяки тому, що в напівпровідниках електрони на грані одного енергетичного рівня атома здатні при порушенні переходити на інший енергетичний рівень, залишаючи після себе дірку. Можна уявити цю квазичастицу отвором, що діють як позитивно заряджена частинка, яка прагне притягнути вислизнуло від неї електрон (що має негативний заряд).

Для того, щоб довести існування екситонів, команда фізиків вивчала кристали, вкриті диэлкогенидом титану (1T-TiSe2). Для більшої достовірності експеримент був відтворений 5 разів. Досі дослідження екситонів залишалися областю теорій і припущень багато в чому тому, що у вчених не було відповідного технічного обладнання. Однак тепер, озброївшись високочутливими приладами, фізики змогли вперше виміряти спільне порушення низькоенергетичних бозонних часток (пари електрон-дірка), якими б не були слабкими їх імпульси.

В офіційному прес-релізі Аббамонт заявляє, що нове відкриття має буквально космічне значення. З тих пір, як фізик-теоретик Берт Гальперін з Гарварду придумав термін экситоний в 1960-х роках, інші фізики намагалися довести або спростувати його існування. Вони обговорювали те, буде чи речовина вести себе як ідеальний провідник, сверхтекучая рідина або ізоляційний матеріал, приводячи в суперечках досить переконливі аргументи. В кінці 70-х років багато експериментатори публікували роботи, в яких заявляли про відкриття довгоочікуваного речовини, проте результати їх досліджень не були остаточним доказом — подібну картину міг створити і звичайний структурний фазовий перехід.

Тепер же, коли існування экситония доведено, вчені займуться більш детальним вивченням його властивостей. Як надпровідника і надплинного матеріалу він може бути використаний для подальшого поліпшення вже існуючих технологій. Крім того, сам факт його відкриття є доказом можливості використовувати квантову механіку в прикладних цілях і, бути може, саме завдяки цьому дослідженню наше розуміння фізики вже в найближчому майбутньому перейде на якісно новий рівень.

Категория: Технологии