Fyzici vytvořili kvantovou kapalinu, která nikdy „nezamrzne“

Mezinárodní tým fyziků objevil kvantový stav, ve kterém je zarovnání atomů spojeno s

roztočení, nejsou objednána ani při ultranízkéteploty. Vědcům se podařilo ochladit vytvořený materiál téměř na absolutní nulu. Ústřední vlastnost atomů – jejich uspořádání – přitom jako obvykle „nezamrzne“, ale zůstává v „tekutém“ stavu, uvádějí autoři práce.

Na první pohled kvantové materiály neliší se od běžných látek, ale stále existují rozdíly, říkají vědci. Uvnitř takových materiálů elektrony interagují s neobvyklou intenzitou jak mezi sebou, tak s atomy krystalové mřížky. Tato úzká interakce vede k silným kvantovým efektům, které se projevují nejen v mikroskopickém, ale také v makroskopickém měřítku.

Díky těmto efektům kvantové materiálymají neobvyklé vlastnosti. Mohou například vést elektřinu zcela beze ztrát při nízkých teplotách. K radikální změně chování materiálu přitom stačí i nepatrné změny teploty, tlaku nebo elektrického napětí.

Kvantová kapalina. Obrázek: Nan Tang a kol., Nature Physics

Ve své práci se výzkumníci snažili vytvořitkvantový materiál, který nezmění své vlastnosti bez ohledu na teplotu média. Používali kombinaci více prvků – praseodym, zirkonium a kyslík. Vědci předpokládali, že v tomto materiálu vlastnosti krystalové mřížky umožní, aby spiny elektronů zvláštním způsobem interagovaly s orbitaly, ve kterých se „pohybují“ kolem jader atomů.

Po sérii pokusů se to vědcům podařilovytvořit krystaly dostatečně čisté, aby nečistoty a nehomogenity neovlivnily vypočítané vlastnosti. Vzorek zchladili na 20 mK (jedna padesátina stupně od absolutní nuly). Výsledky experimentů ukázaly, že v tomto stavu si materiál zachovává „vlastnosti kapaliny – spiny elektronů nejsou uspořádané. Toto je první pozorování neobvyklého kvantového stavu, říkají autoři. Přirovnávají to k „vodě, která nikdy nezamrzne“.

Kryogenní zařízení použité v experimentu. Obrázek: Jürgen Jeibmann, HZDR

Nový kvantový stav může býtbýt použit k vývoji vysoce citlivých kvantových senzorů, věří vědci. Vzhledem k tomu, že díky jejich kvantové povaze jsou extrémně citlivé na vnější podněty, mohou takové senzory registrovat magnetická pole nebo teploty s mnohem větší přesností než konvenční zařízení.

Přečtěte si více:

Vejce bylo vypuštěno z vesmíru: podívejte se, co se s ním stalo

V USA se šíří mozkožravá améba: existuje nějaké nebezpečí pro Rusko?

Podívejte se, jak vypadá žena Thora. Žila před 800 lety