صُنع ثنائي الأبعاد 'صلب للغاية' يتدفق بدون احتكاك للمرة الأولى

رسم توضيحي للصلبة الفائقة ثنائية الأبعاد. (IQOQI إنسبروك / هارالد ريتش)

في إنجاز مهم ، أنتج علماء الفيزياء مادة صلبة فائقة ثنائية الأبعاد في المختبر لأول مرة.

قد يبدو هذا صعب المنال بشكل لا يصدق ، لكنه عمل فذ يعمل الباحثون على تحقيقهلأكثر من 50 عامًا. المواد الصلبة الفائقة هي مواد غريبة بها ذرات مرتبة في بنية مرتبة من مادة صلبة ، ومع ذلك يمكن أن تتدفق دون احتكاك ، تمامًا مثل السوائل الفائقة.

منذ عامين، نجح الفيزيائيون في تكوين مواد صلبة فائقة باستخدام ذرات مغناطيسية شديدة البرودة ... ولكن في بُعد واحد فقط. الآن ، تمكن فريق من الباحثين النمساويين لأول مرة من إنشاء هيكل شبيه بالبلور ثنائي الأبعاد ؛ ستسمح النتيجة للفيزيائيين باختبار وتجربة بعض من أغرب ظواهر علم المواد الموجودة هناك.

كتب الفيزيائي برونو لابورث تولرا من مختبر فيزياء الليزر في باريس: في مقالة أخبار وآراء المنشورة جنبًا إلى جنب مع الورقة الجديدة في طبيعة سجية اليوم.

هذه الازدواجية الغريبة تعني أن المواد الصلبة الفائقة يشار إليها باسم ميكانيكا الكم حالة المادة .

هذا لأنه ، كما هو الحال مع الظواهر الكمومية الأخرى (فكرتشابكأوقطة شرودنغر) ، فإن الجسيمات في حالة صلبة فائقة يتم حبسها في بنية صلبة صلبة ، ولكن يتم تحديد موقعها أيضًا في نفس الوقت ، مما يسمح لها بالتصرف مثل الموجة والتدفق بحرية دون احتكاك في جميع أنحاء المادة الصلبة.

كانت الصلابة الفائقةتم توقعه لأول مرة في عام 1969، وقد تمت دراسته منذ فترة طويلة في الهيليوم فائق الموائع ، والذي كان يعتبر أفضل مرشح للعثور على دليل على وجود بنية صلبة شبيهة بالبلورات بخصائص السائل الفائق. ومع ذلك ، على الرغم من عقود من البحث ، لا تزال الصلابة الفائقة في الهيليوم بعيدة المنال.

في الآونة الأخيرة ، حول الباحثون تركيزهم نحو الغازات الكمومية شديدة البرودة - سحب من الذرات المغناطيسية القوية التي يتم تبريدها إلى ما يقرب من الصفر المطلق. حقيقة أن هذه الذرات ممغنطة تعني أنها تتفاعل بطرق فريدة يمكن أن تؤدي إلى هذه الحالة الميكانيكية الكمومية الغريبة من الصلابة الفائقة.

'في العادة ، قد تعتقد أن كل ذرة يمكن العثور عليها في قطيرة معينة ، مع عدم وجود طريقة للخلط بينها' ، يقول الفيزيائي المشارك في الاختراق الجديد ماثيو نورسيا من جامعة إنسبروك في النمسا.

ومع ذلك ، في الحالة فائقة الصلابة ، يتم تحديد موقع كل جسيم عبر جميع القطرات ، الموجودة في وقت واحد في كل قطرة. إذن ، في الأساس ، لديك نظام به سلسلة من المناطق عالية الكثافة (القطرات) التي تشترك جميعها في نفس الذرات غير المحددة.

بينما كان الفريق النمساوي بقيادة عالمة فيزياء الكم فرانشيسكا فيرلاينو من جامعة إنسبروك والأكاديمية النمساوية للعلوم ، واحد من عدة لإنشاء سلسلة من القطيرات بطول بُعد واحد أظهر صلابة فائقة مرة أخرى في عام 2019 ، احتاجوا إلى تعديل نموذجهم المغناطيسي من أجل إنشاء نسخة ثنائية الأبعاد ، مع صفين أو أكثر من القطرات.

يفتح هذا الإنجاز الأخير الظواهر التي يمكنهم دراستها بهذه السحب الغريبة من الغاز.

'على سبيل المثال ، في نظام ثنائي الأبعاد فائق الصلابة ، يمكن للمرء دراسة كيفية تشكل الدوامات في الفتحة بين عدة قطرات متجاورة ،' يقول نورسيا .

'هذه الدوامات الموصوفة نظريًا لم يتم إثباتها بعد ، لكنها تمثل نتيجة مهمة للسائل الفائض'.

لا يزال هناك الكثير لنتعلمه عن هذا الغاز الكمومي الغريب فائق الصلابة. على سبيل المثال ، الباحثون ليسوا متأكدين مما إذا كان بإمكانهم صنع مادة صلبة فائقة أكبر ، لأن حالة المادة حساسة بشكل لا يصدق للمصيدة المغناطيسية التي قاموا بإنشائها.

ولكن في الوقت الحالي ، فإن حقيقة تمكن الفريق من إنشاء أول مادة صلبة فائقة ثنائية الأبعاد هي إنجاز ضخم بحد ذاته ، سيؤدي حتمًا إلى فهم أكبر لهذه الحالة الغريبة للمادة ، والقوى الكمومية غير المرئية التي تحكم واقعنا.

كان البحث نشرت في طبيعة سجية .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.