새로운 차원의 초고체 양자 가스

실험실에서 처음으로 생산된 초고체 2차원 양자 기체. 크레딧: IQOQI 인스부르크 / Harald Rich

실험실에서 처음으로 생산된 초고체 2차원 양자 기체.

양자 가스는 물질 내 상호 작용의 미시적 결과를 조사하는 데 적합합니다. 오늘날 과학자들은 실험실에서 극저온 가스 구름의 개별 입자를 정밀하게 제어하여 일상 세계에서 관찰할 수 없는 현상을 드러낼 수 있습니다. 예를 들어 보스-아인슈타인 축전기의 개별 원자는 완전히 정의되지 않습니다. 이것은 같은 것을 의미합니다 옥수수 그것은 언제든지 커패시터 내부의 모든 지점에 존재합니다.

2년 전, 인스브루크 대학교 실험 물리학과의 프란체스카 페를라이노와 인스부르크에 있는 오스트리아 과학 아카데미의 양자 광학 및 양자 정보 연구소가 이끄는 연구 그룹은 처음으로 초고체를 생성할 수 있었습니다. 극도로 추운 조건에서 상태. 자성 원자의 양자 가스. 자기 상호작용으로 인해 원자가 방울로 자가 배열되고 규칙적인 패턴으로 배열됩니다.

Francesca Ferlaino 팀의 Matthew Norcia는 “일반적으로 모든 원자가 특정 방울에서 발견될 수 있다고 생각할 것”이라고 말했습니다. “그러나 초고체 상태에서 각 입자는 각 방울에 동시에 존재하는 모든 방울에 걸쳐 위치합니다. 따라서 기본적으로 모두 동일한 미확인 영역을 공유하는 일련의 고밀도 영역(방울)이 있는 시스템이 있습니다. 원자. “.

이러한 독특한 구성은 공간적 배치(초유동성)가 있음에도 불구하고 비마찰 유동과 같은 효과를 가능하게 한다.

탐색할 새로운 차원과 새로운 효과

지금까지 양자 기체의 초고체 상태는 일련의 방울(1차원을 따라)을 제외하고는 관찰된 적이 없습니다. “하노버 라이프니츠 대학의 이론가인 Luis Santos 및 Innsbruck의 Russell Bisset과 협력하여 우리는 이제 이 현상을 2차원으로 확장하여 두 개 이상의 액적 행이 있는 시스템을 발생시켰습니다.”라고 Matthew Norcia는 설명합니다. 이것은 양적 개선일 뿐만 아니라 연구 관점을 비판적으로 넓힙니다.

“예를 들어, 초강성 2D 시스템에서 몇 개의 인접한 물방울 사이의 구멍에서 소용돌이가 형성되는 방식을 연구할 수 있습니다.”라고 그는 말합니다. Francesca Ferlaino는 “이러한 와류는 이론적으로 아직 설명되지 않았지만 오버플로 유체의 중요한 결과를 나타냅니다.”라고 이미 미래를 내다보고 있습니다. 현재 네이처(Nature) 저널에 실린 이 실험은 이 매혹적인 물질 상태의 기본 물리학에 대한 추가 연구를 위한 새로운 기회를 제공합니다.

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새로운 연구 분야: 초고체

50년 전에 예측된 놀라운 특성을 가진 초고체는 초유체 헬륨에서 광범위하게 조사되었습니다. 그러나 수십 년에 걸친 이론적이고 실험적인 연구 후에도 이 시스템의 초강성(super-rigidity)에 대한 분명한 증거가 여전히 존재합니다. 2년 전 피사(Pisa), 슈투트가르트(Stuttgart) 및 인스부르크(Innsbruck)의 연구 그룹은 극저온 양자 가스의 자성 원자로부터 소위 초고체(supersolid)를 생성하는 데 처음으로 독립적으로 성공했습니다. 초고체에 대한 새롭고 성장하는 연구 분야의 기초는 자기 원자의 강한 극성이며, 그의 상호 작용 특성으로 인해 이러한 역설적 양자 역학적 물질 상태가 실험실에서 생성될 수 있습니다.

참조: “쌍극자 양자 가스의 2차원 초경도” 2021년 8월 18일 여기에서 사용 가능. 자연.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03725-7

이 연구는 오스트리아 과학 기금 FWF, 연방 교육 과학 연구부 및 유럽 연합(EU)의 재정 지원을 받았습니다.

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