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Neu entwickelter Materiezustand kombiniert Superfluidität und Solidität

Neu entwickelter Materiezustand kombiniert Superfluidität und Solidität

Forscher am MIT haben ein Superfluid erfolgreich in eine Art Halbfeststoff manipuliert. Dieser neue Zustand der Materie kombiniert Eigenschaften fester Materie mit denen von Superfluiden.

Das Team verwendete Laser, um Bose-Einstein-Kondensat in eine Substanz umzuwandeln, die ohne Viskosität floss (a la Superfluide). Die Substanz behielt jedoch die Struktur eines Feststoffs bei. Die Forscher geben zu, dass die Entdeckung auf einer Basisebene keinen Sinn ergeben sollte.

"Es ist nicht intuitiv, ein Material zu haben, das Superfluidität und Solidität kombiniert", sagte Teamleiter Wolfgang Ketterle, John D. MacArthur-Professor für Physik am MIT. "Wenn Ihr Kaffee superfluid wäre und Sie ihn umrühren würden, würde er sich für immer weiter drehen."

Ketterle erhielt einen Nobelpreis für Physik für seine gemeinsame Entdeckung des Bose-Einstein-Kondensats (BEC). BEC tritt auf, wenn Natriumatome (oder Bosonen) nahe dem absoluten Nullpunkt abgekühlt werden. Unter diesen Bedingungen bilden die Bosonen ein superfluides Gas. Was den superfesten Zustand betrifft, so hatten die Physiker ihn zuvor in Labors fast geschaffen. Die Forschung blieb jedoch bis zu dieser Entdeckung weitgehend theoretisch. Ketterle sagte, dieses Experiment habe die Erforschung beider Staaten einen Schritt weiter gebracht.

"Die Herausforderung bestand nun darin, dem BEC etwas hinzuzufügen, um sicherzustellen, dass es eine Form oder Form entwickelt, die über die Form der 'Atomfalle' hinausgeht, die das bestimmende Merkmal eines Festkörpers ist", sagte Ketterle.

Dieser Zusatz kam in Form von Lasern. Das Team verwendete eine Reihe von Lasern in einer Ultrahochvakuumkammer, um die Hälfte der BEC-Atome zu "spinnen". Dies führte zu gemischten Quantenzuständen in der Kammer und damit zu zwei Kondensatarten. Das Team fügte weitere Laser hinzu, um Atome zwischen den Kondensaten zu verschieben. Sie nannten dies einen "Spin Flip".

Vom MIT-Team entwickelte Ausrüstung zur Erstellung der neuen Materie [Bildquelle: MIT, Ketterle et al]

"Das Schwierigste war, diese Dichtemodulation zu beobachten", sagte Junru Li, ein MIT-Doktorand, der an der Entdeckung arbeitete. Die Dichtemodulation hilft zu bestimmen, ob der BEC ein echter Supersolid wurde. Die Dichte von Supersoliden ist nicht mehr konstant, weist jedoch ein Welligkeitsmuster auf, das als "Streifenphasen" bezeichnet wird. Das Team verwendete einen dritten Satz Laserstrahlen, um die Beugung von der Dichtemodulation zu messen.

"Das Rezept für den Supersolid ist wirklich einfach, aber es war eine große Herausforderung, alle Laserstrahlen präzise auszurichten und alles stabil zu machen, um die Streifenphase zu beobachten", fuhr Li fort.

Die Forscher haben ihre Ergebnisse in der neuesten Ausgabe von Nature veröffentlicht. In derselben Ausgabe entwickelte ein Schweizer Team eine Methode, um Bose-Einstein-Kondensat mithilfe von Spiegeln zur Unterstützung der Laser zu einem Supersolid zu machen. Ketterle sagte, dass die anderen Forschungen ein vielversprechendes und wachsendes Interesse daran zeigen, neue Formen der Materie und das verborgene Potenzial dieser neuen Erkenntnisse zu entdecken.

Letztendlich könnte eine weitere Diskussion über Superfluide und Supersolide zu bahnbrechenden Entdeckungen bei der Supraleitung führen. Supraleiter könnten den Schlüssel zu einer effizienten Energieübertragung darstellen.

In diesem Video mit MIT-Professor Martin Zwierlein finden Sie Hintergrundinformationen zum Bose-Einstein-Kondensat:

Quelle: MIT, Phys

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