Fyzici pozorovali exotické „okrajové stavy“ v oblaku ultrachladných atomů

Tým MIT pořídil jako první snímky exotického chování částic v „okrajovém stavu,“ které pozorovali ve kvantovém plynu z ultrachladných atomů. Mohl by to být počátek vývoje nových technologií, v nichž bude díky využití „okrajových stavů“ elektronů docházet k super účinnému přenosu energie a dat.

Divoká jízda částic v okrajovém stavu (ilustrace). Kredit: Sampson Wilcox / MIT.

Elektrony, tedy nabité částice se obvykle volně pohybují skrz kov. Když se setkají s neprostupnou překážkou, v typickém případě na ně působí tření a náhodně se rozptýlí, jako když se srážejí biliárové koule. Nicméně, v určitých exotických materiálech se mohou stávat zvláštní věci. Částice, jako jsou elektrony, mohou interagovat s okrajem takového materiálu, a pak plynout v určitém směru, jako když mravenci lezou po okraji chodníku.

Richard Fletcher. Kredit: MIT.

Elektrony se v takovém případě ocitnou v exotickém „okrajovém stavu“ (edge state), v němž se mohou pohybovat bez vlivu tření. Dokud se drží hranice dotyčného materiálu, mohou bez námahy klouzat kolem překážek. Na rozdíl od chování elektronů v supravodičích, v nichž se všechny elektrony pohybují zcela bez odporu, se proud elektronů v „okrajovém stavu“ objevuje pouze na hranici materiálu.

Fyzici Massachusettského technologického institutu (MIT), které vedl Richard Fletcher, přímo pozorovali „okrajové stavy“ v oblaku ultrachladných atomů kvantového plynu. Jako první pořídili snímky částic, které plynou uvedeným způsobem, jako lezoucí mravenci, podél hranice materiálu, aniž by docházelo ke tření – i když se jim do cesty dostane překážka. Pro účely experimentu použili namísto elektronů ultrachladné atomy, které jsou pochopitelně mnohem větší , s jejichž pomocí napodobili fyziku elektronů v magnetickém poli.

Logo. Kredit: MIT.

Na první pohled to vypadá jako poněkud bezúčelné fyzikální hrátky. Tento výzkum by ale mohl vylepšit schopnosti fyziků manipulovat elektrony do pohybu v materiálech bez tření, což by pak, s trochou vědeckého štěstí, vedlo k super účinnému, bezztrátovému přenosu energie a dat.

Jak uvádí Fletcher, lze si představit, že se do budoucích zařízení budou vkládat kousky vhodného materiálu, kolem jejichž hranic pak budou putovat elektrony v „okrajovém stavu.“ Díky tomu se budou pohybovat mezi různými částmi elektroniky bezztrátovým přenosem. Fletcher je nadšený z toho, že na vlastní oči vidí exotickou materiálovou fyziku, která je neuvěřitelná, ale obvykle bývá skrytá v materiálech před našimi zraky.

Video: Anomalous edge states