Uusi todiste aineen epänormaalin vaiheen olemassaolosta tuo energiatehokkaat tekniikat lähemmäksi

Uusi todiste aineen epänormaalin vaiheen olemassaolosta tuo energiatehokkaat tekniikat lähemmäksi
Uusi todiste aineen epänormaalin vaiheen olemassaolosta tuo energiatehokkaat tekniikat lähemmäksi
Anonim

Tutkijat ovat löytäneet todisteita aineen epänormaalin vaiheen olemassaolosta, jonka olemassaolo ennustettiin 1960 -luvulla. Sen ominaisuuksien käyttö voi tasoittaa tietä uusille tekniikoille, jotka voivat vaihtaa tietoja tuhlaamatta energiaa.

Nämä tulokset raportoidaan Science Advances -lehdessä.

Tutkiessaan kvanttimateriaalia Cambridgen yliopiston tutkijat, jotka johtivat tutkimusta, huomasivat odottamattoman nopeiden energia -aaltojen läsnäolon materiaalin läpi, kun he altistivat sen lyhyille, voimakkaille laserpulsseille. He pystyivät tekemään nämä havainnot mikroskooppisella nopealla kameralla, joka voi seurata pieniä ja erittäin nopeita liikkeitä mittakaavassa, joka on vaikeaa monille muille menetelmille. Tämä tekniikka tutkii materiaalia kahdella valopulssilla: ensimmäinen häiritsee sitä ja luo aaltoja - tai värähtelyjä - jotka etenevät ulospäin samankeskisin ympyröin, samalla tavalla kuin pudottamalla kivi lampaan; toinen valopulssi ottaa tilannekuvan näistä aalloista eri aikoina. Yhdessä nämä kuvat antoivat heille mahdollisuuden nähdä, miten nämä aallot käyttäytyvät, ja ymmärtää niiden "nopeusrajoitukset".

"Huoneenlämpötilassa nämä aallot kulkevat sadasosalla valon nopeudesta, mikä on paljon nopeampaa kuin tavallisessa materiaalissa odottaisimme. Mutta kun siirrymme korkeampiin lämpötiloihin, tuntuu siltä, että lampi on jäätynyt", selitti ensimmäinen kirjoittaja Hope Bretscher, joka teki tutkimusta Cambridgen Cavendish -laboratoriossa. "Emme näe lainkaan näiden aaltojen siirtyvän pois kalliosta. Olemme etsineet pitkään, miksi tämä outo käyttäytyminen saattaa tapahtua."

Ainoa selitys, joka näytti sopivan kaikkiin kokeellisiin havaintoihin, oli se, että huoneenlämpöinen materiaali sisältää "eksitonieristimen" ainevaiheen, jota ei teoriassa ennustettu, mutta sitä ei ole havaittu vuosikymmeniin.

"Erotineristimessä havaittuja energia-aaltoja tukevat varausneutraalit hiukkaset, jotka voivat liikkua elektronien nopeuksia vastaavilla nopeuksilla. Tärkeää on, että nämä hiukkaset voivat kuljettaa tietoa ilman häiriöitä hajautusmekanismeista, jotka useimmissa materiaaleissa vaikuttavat varautuneisiin hiukkasiin, kuten elektronit ", sanoo tohtori Akshay Rao Cavendishin laboratoriosta, joka johti tutkimusta. "Tämä ominaisuus voisi tarjota helpomman tien energiatehokkaaseen laskentaan huoneenlämmössä kuin suprajohtavuus."

Cambridgen tiimi työskenteli sitten teoreetikkojen kanssa ympäri maailmaa mallintamaan, kuinka tämä eksitoninen eristysvaihe on olemassa ja miksi nämä aallot käyttäytyvät tällä tavalla.

"Teoreetikot ennustivat tämän poikkeavan vaiheen olemassaolon useita vuosikymmeniä sitten, mutta kokeelliset vaikeudet todisteiden saamisessa ovat johtaneet siihen, että vasta nyt voimme soveltaa aiemmin kehitettyjä perusteita saadaksemme täydellisemmän kuvan siitä, miten se toimii todellisuudessa materiaalia ", kommentoi tutkimukseen osallistunut Yuta Murakami Tokion teknologiainstituutista.

"Hajoava energiansiirto haastaa nykyisen käsityksemme kvanttimateriaalien kuljetuksesta ja avaa uusia mahdollisuuksia teoreetikoille manipuloida niitä tulevaisuudessa", sanoi kirjailija Denis Gole Jozef Stefan -instituutista ja Ljubljanan yliopistosta.

"Tämä työ vie meidät askeleen lähemmäksi uskomattoman energiatehokkaiden sovellusten luomista, jotka voivat hyödyntää tätä ominaisuutta, myös tietokoneissa", totesi tri Rao.

Suositeltava: