Большинство людей знакомо с основными состояниями вещества, твердым, жидким, газообразным и плазменным, но другие состояния существуют при экстремальных обстоятельствах. Одно такое состояние, впервые выдвинутое почти 50 лет назад, было произведено во время опытов впервые. В сверхтекучем твердом состоянии атомы одновременно формируют кристаллическую структуру, но также протекают как невязкая жидкость.

Концепция сверхтекучего твердого тела появилась из выигравшего Нобелевскую премию открытия 1970-х годов, из сверхтекучего, жидкости, которая имеет нулевую вязкость, это означает, что она течет без сопротивления или «густоты». В то время британский физик Дэйвид Таулесс выдвинул теорию о том, что могло существовать состояние вещества, где атомы свободно протекают как сверхтекучие, но также формируют кристаллическую структуру, делая ее сверхтекучей твердой.

Раньше для создания такого состояния использовали гелий, элемент, который впервые представил сверхтекучесть, но цель не была достигнута. Теперь при двух одновременных, но независимых друг от друга исследованиях, одно из которых проводилось Швейцарской высшей технической школой Цюриха, другое — Массачусетским технологическим институтом, было создано сверхтекучее твердое состояние из конденсата Бозе-Эйнштейна при использовании двух разных техник.

Команда из Швейцарской высшей технической школы Цюриха поместила рубидиевый газ в вакуумную камеру для охлаждения до нескольких миллиардов градусов Кельвина ниже нуля. Был создан конденсат Бозе-Эйнштейна, который ведет себя как сверхтекучее вещество. Затем конденсат был помещен в специально спроектированное устройство с двумя камерами, внутри которых находились два зеркала, смотрящие друг на друга.

После резонирования конденсата лазерным излучением через обе камеры атомы сформировали кристаллическую структуру, а также смогли вытекать из образования. Они могли двигаться только в одном направлении.

При исследовании Массачусетского технологического института был использован конденсат Бозе-Эйнштейна и лазерный свет, но в этом случае команда использовала свет для движения половины атомов конденсата по различным орбитам, которые формируют два различных конденсата, это феномен под названием «спин-орбитальная связь». Затем при помощи других лазеров исследователи смогли создать «спин-флип», перемещая атомы между двумя конденсатами. В результате сформировалось супертвердое состояние.

Оба исследования были опубликованы журнале «Природа».

 

Отвтавть комменатрий