«П'ятий стан матерії» перетворили на надпровідник

Надпровідники - матеріали, в яких електрика тече без будь-якого опору - можуть бути надзвичайно корисні для майбутньої електроніки. Інженерам Токійського університету вперше в історії вдалося створити надпровідник з незвичайного стану речовини, званої конденсатом Бозе-Ейнштейна (БЕК).

Фізики вперше довели, що навіть зливлися в єдину, нерозривну масу атоми можуть проявляти властивості надпровідності

Конденсати Бозе-Ейнштейна, іноді звані «п'ятим станом матерії» після твердих тіл, рідин, газів і плазми, виникають при охолодженні бозонів газу майже до найхолоднішої з можливих температур. Експерименти показали, що в цей момент квантові явища можуть спостерігатися не тільки на рівні квантових частинок, але і на макрорівні. Вчені використовували БЕК як відправну точку для створення багатьох екзотичних станів матерії, таких як надтверді тіла, ексітоній, квантова шарова блискавка або рідини з негативною масою.

«БЕК - це унікальний стан речовини, оскільки вона складається не з частинок, а з хвиль», - пояснив Козо Окадзакі, провідний автор дослідження. "У міру того, як атоми деяких матеріалів охолоджуються майже до абсолютного нуля, вони буквально" розмазуються "в просторі. Це розмиття збільшується до тих пір, поки атоми - тепер більше схожі на хвилі, ніж на частинки - не перекриваються і стають вже невідличними один від одного. Отримана в результаті матерія поводиться як єдине ціле з новими властивостями, яких не вистачало попереднім твердим, рідким або газоподібним станам ".

У новому дослідженні токійські вчені продемонстрували надпровідність у конденсаті Бозе-Ейнштейна - властивість, яка ніколи раніше не перевірялася в експериментах. Такий результат був досягнутий шляхом створення БЕК з хмари атомів заліза і селену.

Ключем до відкриття став збіг зі схожою формою матерії, званої станом Бардіна-Купера-Шріффера (БКШ). Як і БЕК, стани БКШ створюються шляхом охолодження хмар атомів майже до абсолютного нуля. Але різниця тут у тому, що атоми не зливаються, але сповільнюються і шикуються в лінію. Це означає, що електрони можуть легше проходити через них, забезпечуючи шукану надпровідність.

Дослідники вирішили з'ясувати, що відбувається під час переходу між БКШ і БЕК. Команда використовувала фотоемісійну спектроскопію, щоб дізнатися, як електрони поводяться в двох схожих матеріалах - в результаті вчені побачили, що і БЕК проявляють властивості надпровідності.

На практиці це відкриття поглиблює наше розуміння самих основ надпровідності і в майбутньому допоможе вченим у майбутньому створити більш досконалі надпровідники. Це, в свою чергу, може призвести до появи набагато більш швидкої і ефективної електроніки нового покоління.