"Пятое состояние материи" превратили в сверхпроводник
Физики впервые доказали, что даже слившиеся в единую, неразрывную массу атомы могут проявлять свойства сверхпроводимости
Конденсаты Бозе-Эйнштейна, иногда называемые «пятым состоянием материи» после твердых тел, жидкостей, газов и плазмы, возникают при охлаждении бозонов газа почти до самой холодной из возможных температур. Эксперименты показали, что в этот момент квантовые явления могут наблюдаться не только на уровне квантовых частиц, но и на макроуровне. Ученые использовали БЭК в качестве отправной точки для создания многих экзотических состояний материи, таких как сверхтвердые тела, экситоний, квантовая шаровая молния или жидкости с отрицательной массой.
«БЭК — это уникальное состояние вещества, поскольку оно состоит не из частиц, а из волн», — пояснил Козо Окадзаки, ведущий автор исследования. «По мере того, как атомы некоторых материалов охлаждаются почти до абсолютного нуля, они буквально «размазываются» в пространстве. Это размытие увеличивается до тех пор, пока атомы — теперь больше похожие на волны, чем на частицы — не перекрываются и становятся уже неотличимыми друг от друга. Получающаяся в результате материя ведет себя как единое целое с новыми свойствами, которых не хватало предыдущим твердым, жидким или газообразным состояниям».
В новом исследовании токийские ученые продемонстрировали сверхпроводимость в конденсате Бозе-Эйнштейна — свойство, которое никогда ранее не проверялось в экспериментах. Такой результат был достигнут путем создания БЭК из облака атомов железа и селена.
Ключом к открытию стало совпадение с похожей формой материи, называемой состоянием Бардина-Купера-Шриффера (БКШ). Как и БЭК, состояния БКШ создаются путем охлаждения облаков атомов почти до абсолютного нуля. Но разница здесь в том, что атомы не сливаются, но замедляются и выстраиваются в линию. Это означает, что электроны могут легче проходить через них, обеспечивая искомую сверхпроводимость.
Исследователи решили выяснить, что происходит во время перехода между БКШ и БЭК. Команда использовала фотоэмиссионную спектроскопию, чтобы узнать, как электроны ведут себя в двух схожих материалах — в результате ученые увидели, что и БЭК проявляют свойства сверхпроводимости.
На практике это открытие углубляет наше понимания самих основ сверхпроводимости и в будущем поможет ученым в будущем создать более совершенные сверхпроводники. Это, в свою очередь, может привести к появлению гораздо более быстрой и эффективной электроники нового поколения.
