Forscher am MIT haben ein Superfluid erfolgreich in eine Art Halbfeststoff manipuliert. Dieser neue Materiezustand kombiniert Merkmale fester Materie mit denen von Superfluide .
Das Team verwendete Laser, um Bose-Einstein-Kondensat in eine Substanz umzuwandeln, die ohne Viskosität floss a la Superfluide. Die Substanz behielt jedoch die Struktur eines Feststoffs bei. Die Forscher geben zu, dass die Entdeckung auf Basisebene keinen Sinn ergeben sollte.
"Es ist nicht intuitiv, ein Material zu haben, das Superfluidität kombiniert und Solidität , " sagte Teamleiter Wolfgang Ketterle, John D. MacArthur-Professor für Physik am MIT. "Wenn Ihr Kaffee überflüssig wäre und Sie ihn umrühren würden, würde er sich für immer weiter drehen."
Ketterle erhielt für seine gemeinsame Entdeckung des Bose-Einstein-Kondensats BEC einen Nobelpreis für Physik. BEC tritt auf, wenn Natriumatome oder Bosonen nahe dem absoluten Nullpunkt abgekühlt werden. Unter diesen Bedingungen bilden die Bosonen ein superfluides GasFür den supersoliden Zustand waren die Physiker zuvor nahe daran gewesen, sie in Labors herzustellen. Bis zu dieser Entdeckung blieb die Forschung jedoch weitgehend theoretisch. Ketterle sagte, dieses Experiment habe die Erforschung beider Zustände einen Schritt weiter vorangetrieben.
"Die Herausforderung bestand nun darin, dem BEC etwas hinzuzufügen, um sicherzustellen, dass es eine Form oder Gestalt entwickelt, die über die Form der 'Atomfalle' hinausgeht, die das bestimmende Merkmal eines Festkörpers ist." Ketterle sagte .
Dieser Zusatz erfolgte in Form von Lasern. Das Team verwendete eine Reihe von Lasern in einer Ultrahochvakuumkammer, um die Hälfte der BEC-Atome zu "spinnen". Dies führte zu gemischten Quantenzuständen in der Kammer und damit zu zwei KondensattypenDas Team fügte weitere Laser hinzu, um Atome zwischen den Kondensaten zu verschieben. Sie nannten dies einen "Spin Flip".
Vom MIT-Team entwickelte Ausrüstung zur Erstellung der neuen Materie [Bildquelle : MIT, Ketterle et al. ]
"Am schwierigsten war es, diese Dichtemodulation zu beobachten" sagte Junru Li, ein MIT-Doktorand, der an der Entdeckung gearbeitet hat. Dichtemodulation hilft zu bestimmen, ob der BEC ein echter Supersolid wurde. Die Dichte von Supersoliden ist nicht mehr konstant, weist jedoch ein Wellenmuster auf, das als "Streifenphasen" bezeichnet wird. Das Team verwendete adritter Satz von Laserstrahlen zur Messung der Beugung von der Dichtemodulation.
"Das Rezept für den Supersolid ist wirklich einfach, aber es war eine große Herausforderung, alle Laserstrahlen präzise auszurichten und alles stabil zu machen, um die Streifenphase zu beobachten", Li Fortsetzung .
Die Forscher haben ihre Ergebnisse in der neuesten Ausgabe von Nature veröffentlicht. In derselben Ausgabe hat ein Schweizer Team einen Weg entwickelt, Bose-Einstein-Kondensat mithilfe von Spiegeln zur Unterstützung der Laser zu einem Supersolid zu machen. Ketterle sagte, die anderen Forschungsergebnisse zeigenein vielversprechendes und wachsendes Interesse daran, neue Formen der Materie und das verborgene Potenzial dieser neuen Erkenntnisse zu entdecken.
Letztendlich könnte eine weitere Diskussion über Superfluide und Supersolide zu bahnbrechenden Entdeckungen bei der Supraleitung führen. Supraleiter könnte den Schlüssel zu einer effizienten Energieübertragung enthalten.
Hintergrundinformationen zum Bose-Einstein-Kondensat finden Sie in diesem Video mit MIT-Professor Martin Zwierlein :