Nyt bevis på eksistensen af en anomalisk fase af stof bringer energieffektive teknologier tættere på

Nyt bevis på eksistensen af en anomalisk fase af stof bringer energieffektive teknologier tættere på
Nyt bevis på eksistensen af en anomalisk fase af stof bringer energieffektive teknologier tættere på
Anonim

Forskere har fundet beviser for eksistensen af en afvigende fase af stof, hvis eksistens blev forudsagt i 1960'erne. Brugen af dets egenskaber kan bane vejen for nye teknologier, der kan udveksle information uden at spilde energi.

Disse resultater er rapporteret i tidsskriftet Science Advances.

Mens de undersøgte kvantematerialet, lagde forskere fra University of Cambridge, der ledede undersøgelsen, mærke tilstedeværelsen af uventet hurtige bølger af energi, der passerede materialet, da de udsatte det for korte, intense laserpulser. De var i stand til at foretage disse observationer ved hjælp af et mikroskopisk højhastighedskamera, der kan spore små og meget hurtige bevægelser i en skala, der er vanskelig for mange andre metoder. Denne teknik udforsker materialet med to lyspulser: den første forstyrrer det og skaber bølger - eller vibrationer - der formerer sig udad i koncentriske cirkler, svarende til at tabe en sten i en dam; en anden lyspuls tager et øjebliksbillede af disse bølger på forskellige tidspunkter. Tilsammen tillod disse billeder dem at se, hvordan disse bølger opfører sig og forstå deres "hastighedsgrænse".

"Ved stuetemperatur rejser disse bølger med en hastighed på en hundrededel af lysets hastighed, hvilket er meget hurtigere, end vi ville forvente i almindeligt materiale. Men når vi bevæger os til højere temperaturer, føles det som om dammen er frosset," forklarede den første forfatter af Hope Bretscher, der forskede på Cambridge's Cavendish Laboratory. "Vi kan slet ikke se disse bølger bevæge sig væk fra klippen. Vi har længe ledt efter, hvorfor denne mærkelige opførsel kan ske."

Den eneste forklaring, der syntes at passe til alle eksperimentelle observationer, var, at materialet ved stuetemperatur indeholder en "exciton isolator" stoffase, som, selvom det er forudsagt teoretisk, ikke er blevet påvist i årtier.

"I en exciton-isolator understøttes de observerede energibølger af ladningsneutrale partikler, der kan bevæge sig med hastigheder, der ligner elektronernes. Det er vigtigt, at disse partikler kan bære information uden interferens fra de spredningsmekanismer, der i de fleste almindelige materialer påvirker ladede partikler, såsom elektroner, "siger Dr. Akshay Rao fra Cavendish Laboratory, der ledede undersøgelsen. "Denne ejendom kan give en lettere vej til energieffektiv computing ved stuetemperatur end superledning."

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

"Teoretikere forudsagde eksistensen af denne afvigende fase for flere årtier siden, men de eksperimentelle vanskeligheder forbundet med at skaffe beviser for dette har ført til, at vi først nu kan anvende de tidligere udviklede fundamenter for at få et mere fuldstændigt billede af, hvordan den opfører sig i virkeligheden materiale, "kommenterede Yuta Murakami fra Tokyo Institute of Technology, der deltog i undersøgelsen.

"Dissipativ energioverførsel udfordrer vores nuværende forståelse af transport i kvantematerialer og åbner nye muligheder for teoretikere for at manipulere dem i fremtiden," sagde forfatter Denis Gole fra Jozef Stefan Institute og University of Ljubljana.

"Dette arbejde tager os et skridt tættere på at skabe utroligt energieffektive applikationer, der kan drage fordel af denne ejendom, herunder i computere," sluttede Dr. Rao.

Anbefalede: