З 1960-х років фізики-теоретики припускали існування незвичайного надпровідного матеріалу, але довести його існування за допомогою квантової механіки вчені змогли лише 50 років потому.
Першовідкривачі нової форми матерії, яку назвали «екситон» (лат. Excitonium), – дослідники з Університету штату Іллінойс. Цей матеріал складається з частинок подібних бозонам, які дозволяють матерії проявляти властивості над рідини, надпровідника і навіть ізолюючого електронного кристала. Ці властивості таємничого типу матерії теоретично були описані понад 50 років тому.
Секрети квантової механіки
Екситоній – це конденсат, що складається з екситонів, які в свою чергу є квазічастинками, що являють собою зв’язаний стан електрона і так званої «дірки», іншої квазічастинки. Подібний хитромудрий квантовомеханічний синтез можливий завдяки тому, що в напівпровідниках електрони на межі одного енергетичного рівня атома здатні при порушенні переходити на інший енергетичний рівень, залишаючи після себе дірку. Можна уявити цю квазічастинку отвором, що діє як позитивно заряджена частинка, яка прагне притягнути негативно заряджений електрон, який вислизнув від неї.
Для того, щоб довести існування екситонів, довелося вивчати кристали, покриті діелкогенідом титану (1T-TiSe2). Для більшої достовірності експеримент був відтворений 5 разів. Дослідження екситонів залишалися областю теорій і припущень багато в чому тому, що у вчених просто не було підходящого технічного обладнання. Фізики змогли вперше виміряти спільне збудження низькоенергетичних бозонних частинок (пари «електрон-дірка»), якими б слабкими були їх імпульси, тільки озброївшись високочутливими приладами.
І що далі?
Це відкриття має буквально «космічне значення». Відтоді, як фізик-теоретик Берт Гальперін з Гарварда придумав термін «екситон» в 1960-х роках, інші фізики намагалися довести або спростувати його існування. Вони обговорювали те, чи буде речовина поводитися як ідеальний провідник, над рідка рідина або ізоляційний матеріал, приводячи в суперечках вельми переконливі аргументи. В кінці 1970-х років багато експериментаторів публікували роботи, в яких заявляли про відкриття довгоочікуваної речовини, однак результати їх досліджень не були остаточним доказом – подібну картину міг створити й звичайний структурний фазовий перехід.
Тепер же, коли існування екситонів доведено, вчені займуться більш детальним вивченням його властивостей. Як надпровідника і над рідкого матеріалу він може бути використаний для подальшого поліпшення вже існуючих технологій. Крім того, сам факт його відкриття є доказом можливості використовувати квантову механіку в прикладних цілях і, можливо, саме завдяки цим дослідженням наше розуміння фізики вже в найближчому майбутньому перейде на якісно новий рівень.
Натхнення: www.popmech.ru