Een internationaal team van natuurkundigen heeft een kwantumtoestand ontdekt waarin de uitlijning van atomen wordt geassocieerd
Quantummaterialen doen dat op het eerste gezicht nietanders dan gewone stoffen, maar toch zijn er verschillen, zeggen de onderzoekers. Binnen dergelijke materialen interageren elektronen met een ongebruikelijke intensiteit, zowel met elkaar als met atomen van het kristalrooster. Deze nauwe interactie leidt tot krachtige kwantumeffecten die zich niet alleen op microscopische maar ook op macroscopische schaal manifesteren.
Dankzij deze effecten ontstaan kwantummaterialenongebruikelijke eigenschappen hebben. Zo kunnen ze bij lage temperaturen absoluut verliesvrij elektriciteit geleiden. Tegelijkertijd zijn zelfs kleine veranderingen in temperatuur, druk of elektrische spanning voldoende om het gedrag van het materiaal radicaal te veranderen.
Kwantumvloeistof. Afbeelding: Nan Tang et al., Natuurfysica
In hun werk probeerden de onderzoekers te creëreneen kwantummateriaal dat zijn eigenschappen niet zal veranderen, ongeacht de temperatuur van het medium. Ze gebruikten een combinatie van verschillende elementen - praseodymium, zirkonium en zuurstof. De onderzoekers veronderstelden dat in dit materiaal de eigenschappen van het kristalrooster de spins van elektronen op een speciale manier zouden laten interageren met de orbitalen waarin ze rond de kernen van atomen "bewegen".
Na een reeks pogingen lukte het de onderzoekerscreëer kristallen die voldoende zuiver zijn zodat onzuiverheden en inhomogeniteiten de berekende eigenschappen niet beïnvloeden. Ze koelden het monster af tot 20 mK (een vijftigste van een graad vanaf het absolute nulpunt). De resultaten van de experimenten toonden aan dat het materiaal in deze toestand "vloeibare eigenschappen" behoudt - de elektronenspins zijn niet geordend. Dit is de eerste waarneming van een ongebruikelijke kwantumtoestand, zeggen de auteurs. Ze vergelijken het met 'water dat nooit bevriest'.
Cryogene faciliteit gebruikt in het experiment. Afbeelding: Jürgen Jeibmann, HZDR
Een nieuwe kwantumtoestand kan zijnworden gebruikt om zeer gevoelige kwantumsensoren te ontwikkelen, menen wetenschappers. Omdat ze door hun kwantumkarakter extreem gevoelig zijn voor externe prikkels, kunnen dergelijke sensoren magnetische velden of temperaturen veel nauwkeuriger registreren dan conventionele apparaten.
Lees verder:
Het ei is uit de ruimte gedropt: kijk wat ermee is gebeurd
Hersenetende amoeben verspreiden zich in de VS: is er een gevaar voor Rusland?
Kijk hoe een vrouw Thora eruit ziet. Ze leefde 800 jaar geleden