Обнаружена новая форма материи — экситоний

Команда физиков из Великобритании, Нидерландов и США впервые получила доказательства существования новой формы материи, состоящей из квазичастиц экситонов.

Экситон относится к квазичастицам квантовой механики и был теоретически предсказан российским физиком Яковом Френкелем в 1931 году. Открыта эта частица была в 1951 году российскими физиками.

Экситон представляет собой соединение возбужденного электрона и положительно заряженной «дырки», еще одной квазичастицы квантовой механики, получившей такое экзотическое название из-за потери электрона и образовавшегося на его месте «отверстия». Экситон был отнесен к квазичастицам потому, что имеет сходство с атомом водорода («квази» означает «почти»). В 1961 году американский физик из Гарвардского университета Бертран Гальперин теоретически предсказал существование нового вида материи, состоящей из экситонов, — экситония.

Более полувека физики безуспешно проводили эксперименты, стремясь обнаружить загадочную материю. Из-за несовершенных технических средств этого сделать не удавалось, так как экситоний имеет большую схожесть с другим состоянием вещества под названием фаза (или переход Пайерлса). Наконец это открытие произошло.

Команда первооткрывателей для своего эксперимента взяла кристаллы, покрытые дихлоргидратом дихалкогенида титана (1T-TiSe2). При температуре в 190 градусов Кельвина (-83 градуса Цельсия) ученые зафиксировали явные признаки состояния, предшествующего образованию экситония, — так называемой фазы мягких плазмонов. Зафиксировать это удалось при помощи усовершенствованной экспериментальной техники — спектроскопии характеристических потерь энергии электронами (electron energy-loss spectroscopy, EELS). И, как сказано в отчете, «эта обнаруженная фаза мягких плазмонов представляет собой неопровержимое доказательство конденсации экситонов в трехмерном твердом теле и первое в истории окончательное доказательство существования экситония».

Чтобы твердо удостовериться в правильности полученного результата, подобный эксперимент с теми же результатами воспроизвели еще пять раз на разных кристаллах. После этого сомнений у ученых не осталось.

По словам исследователей, это открытие имеет очень большое значение для дальнейшего развития квантовой механики, изучение которой теперь может перейти на другой уровень. В практическом применении ученые прогнозируют использование экситония в качестве сверхпроводника и сверхтекучего материала.

Исследование опубликовано в журнале Science.

Источник: chrdk.ru

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *