Fisikawan menemukan keadaan materi baru yang tersembunyi di alam kuantum: ScienceAlert

Anda sudah familiar dengan keadaan materi yang kita temui setiap hari – padat, cair, dan gas – tetapi dalam kondisi yang lebih eksotis dan ekstrim, keadaan baru dapat muncul, dan ilmuwan dari AS dan China baru saja menemukannya.

Mereka menyebutnya keadaan Bose-fluid-kiral, dan seperti setiap susunan partikel baru yang kita temukan, ini dapat memberi tahu kita lebih banyak tentang tekstur dan mekanisme alam semesta di sekitar kita — dan, khususnya, ukuran kuantumnya yang sangat kecil.

Keadaan materi menggambarkan bagaimana partikel dapat berinteraksi satu sama lain, sehingga menimbulkan struktur dan cara berperilaku yang berbeda. Pegang atom di tempatnya, dan Anda mendapatkan padatan. Biarkan mereka mengalir, Anda memiliki cairan atau gas. Kekuatan kemitraan dibebankan, Anda memiliki plasma.

Lanskap kuantum menyediakan cara yang lebih eksotis bagi partikel untuk berinteraksi, memungkinkan perilaku unik yang lebih baik dijelaskan dalam hal potensi dan energi.

Para peneliti menemukan kasus baru melalui a Sistem kuantum yang frustrasi. Secara sederhana, ini adalah sistem dengan batasan bawaan yang mencegah partikel berinteraksi seperti biasanya (karenanya membuat frustrasi).

Keterbatasan ini – dan frustrasi yang diakibatkannya – dapat memberikan hasil yang menarik bagi para ilmuwan. Di sini, para peneliti berfokus pada elektron dan menggunakan analogi permainan pesta untuk menjelaskan apa yang terjadi.

“Ini seperti permainan kursi musik, dirancang untuk menggagalkan elektron,” Dia berkata Fisikawan benda terkondensasi teoretis Tigran Sedrakyan dari University of Massachusetts Amherst.

“Alih-alih setiap elektron memiliki kursi untuk pergi, mereka sekarang harus berebut dan memiliki lebih banyak kemungkinan di mana mereka duduk.”

Sistem para peneliti adalah perangkat semikonduktor dengan dua lapisan: lapisan atas yang kaya akan elektron dan lapisan bawah dengan banyak lubang yang tersedia untuk dilewati elektron secara alami. perkembangan? Tidak ada cukup lubang untuk semua elektron.

Meskipun jenis sistem ini sulit untuk diamati, tim menggunakan medan magnet yang sangat kuat untuk mengukur bagaimana elektron bergerak, mengungkap bukti pertama dari keadaan cairan boson-kiral baru.

“Di tepi bilayer semikonduktor, elektron dan lubang bergerak dengan kecepatan yang sama,” Dia berkata Lingjie Du, fisikawan dari Universitas Nanjing di Tiongkok.

“Ini mengarah pada transportasi seperti spiral, yang dapat dimodulasi lebih lanjut oleh medan magnet luar karena saluran elektron dan lubang secara bertahap dipisahkan di bawah medan yang lebih tinggi.”

Kasus baru ini mengungkap beberapa sifat menarik. Misalnya, elektron akan membeku dalam pola yang dapat diprediksi dan arah putaran tetap pada nol mutlak dan tidak dapat diganggu oleh partikel lain atau medan magnet. Stabilitas ini dapat diterapkan dalam sistem penyimpanan digital pada tingkat kuantum.

Selain itu, partikel eksternal yang memengaruhi satu elektron dapat memengaruhi semua elektron dalam suatu sistem, berkat belitan kuantum yang jangkauannya relatif jauh. Ini seperti menghancurkan bola isyarat menjadi seikat bola biliar dan semua bola itu bergerak ke arah yang sama sebagai respons — penemuan lain yang mungkin berguna.

Meskipun semua ini melibatkan fisika tingkat tinggi, setiap penemuan seperti ini — keanehan dan keadaan tepi yang terjadi di luar batas interaksi partikel umum — membawa kita lebih dekat ke pemahaman penuh tentang alam semesta kita.

“Anda menemukan keadaan kuantum materi lebih jauh di pinggiran ini, dan mereka jauh lebih mengerikan daripada tiga keadaan klasik yang kita temui dalam kehidupan kita sehari-hari,” Dia berkata Sedrakian.

Riset dipublikasikan di alam.