Işığı Dondurursanız Süper Sert Bir Malzeme Elde Edersiniz
İtalyan fizikçiler fotonlardan maddenin süper sert olarak adlandırılan bir halini elde ettiler. Bu durumda malzeme kristal bir kafese sahip olmakla birlikte bir sıvı gibi akabiliyor. Fizikçiler maddenin bu egzotik haline dayalı yeni ışık yayan cihazlar yaratmayı umuyor.
Sıradan katılar, sıvılar, gazlar ve plazmanın yanı sıra, maddenin egzotik hallerinden oluşan bir “kuantum bahçesi” vardır.
Bunlar arasında süper sert cisim en gariplerinden biridir. Varlığı uzun zamandır teorik olarak tahmin ediliyordu, ancak yakın zamanda elde edildi.
Bir süper katı, normal bir katı gibi kristal bir yapıya sahiptir, ancak aynı zamanda, mantıksız bir şekilde, bir sıvı gibi serbestçe akabilir.
İtalyan fizikçiler fotonlardan maddenin süper katı halini elde ettiler. İtalya’daki Trento Üniversitesi’nden atomik ve optik fizikçi Jacopo Carusotto, “Süper katı bir cismi, uzayda periyodik olarak düzenlenmiş tutarlı kuantum damlacıklarından oluşan bir sıvı olarak hayal edebiliriz” diyor.
“Bu damlacıklar, kristal bir katı maddede olduğu gibi, uzaysal düzenlerini ve karşılıklı mesafelerini değiştirmeden, bir engelin içinden tedirgin edilmeden akabilirler.”
Süper katılar daha önce sadece atomlardan elde edilmişti, ancak İtalya’daki bilim insanları tarafından yönetilen bir ekip ilk kez fotonları kullanarak bir tane yarattı.
İtalya’nın Pavia Üniversitesi’nden teorik fizikçi Dario Gerace, “Maddenin bu egzotik yoğun halini bir tür sıvı ışık akan yarı iletken nano yapı olarak sunmak, fiziksel özelliklerini yeni ve kontrollü bir şekilde araştırmamıza ve muhtemelen yeni ışık yayan cihazlar oluşturmak için benzersiz özelliklerinden yararlanmamıza olanak tanıyacak” dedi.
“Sıvı katı ışık” nasıl çalışır?
Bu yeni süper katı cismin nasıl organize olduğunu anlamak kolay değil. Bilim insanlarının serbest uçuşan fotonları havadan kapıp egzotik bir madde haline dönüştürdükleri söylenemez (sonuçta ışık madde değildir, enerjidir).
Bunun işe yaraması için araştırmacıların fotonları madde ile birleştirmeleri gerekiyordu. Fotonlar, “denklemin” madde kısmını sağlayan galyum arsenit yarı iletkenine yönlendirilen bir lazerden geliyordu.
Fotonlar malzemedeki uyarımlarla etkileşime girerek polariton adı verilen kuasipartiküller oluşturdu.
Benzer tesisler geçmişte ışığı süper akışkana dönüştürmek için kullanılmıştı. Onu bir süper katıya dönüştürmek için birkaç ek adım gerekiyor. Galyum arsenit, fotonları üç farklı kuantum durumuna yönlendirmek için tasarlanmış özel bir yapıya sahiptir.
Fotonlar ilk olarak sıfır momentum durumuna ayarlanır, ancak bu durum “doldukça” foton çiftleri iki komşu duruma akmaya başlar. Bu da polaritonların, ekibin süreklilikte bağlı durum (BiC) olarak adlandırdığı şekilde yoğunlaşmasına neden oluyor.
İtalyan bilim insanları ışıktan süper sert bir cisim yarattı
Polaritonların yarı iletken içindeki her bir duruma hapsedilmesi, onlara bir katının uzamsal yapısını verirken, sürtünme olmadan akma doğal yetenekleri onları süper akışkan yapar. Her iki özellik birlikte tüm sistemi süper katı bir cisim haline getirmelidir.
Bunu doğrulamak için ekip daha sonra süper sert maddenin bazı belirgin işaretlerini kontrol etmek zorunda kaldı. Foton yoğunluğu haritalaması, merkezinde bir uçurum bulunan iki yüksek tepe ortaya çıkarıyor.
Ancak bunun üzerinde, süper sert cisimlerin bir özelliği olan öteleme simetrisinin kırıldığını gösteren belirgin bir modülasyon modeli yatıyor.
Bilim insanları daha sonra sistemin kuantum durumunu ölçmek ve durumun her bir bileşeninde yerel olarak ve tüm sistemde küresel olarak tutarlı olduğundan emin olmak için interferometri kullandılar. Bu düzen korunduğunda, gerçekten de süper sert bir cismin elde edildiği anlaşıldı.
CNR Nanoteknoloji Enstitüsü’nden fizikçi Daniele Sanvitto, “Bu çalışma sadece fotonik bir platformda süper katı fazı gözlemlemeyi mümkün kılmakla kalmıyor, aynı zamanda denge dışı sistemlerde maddenin kuantum fazlarını araştırmanın yolunu açıyor” diyor.
“Bu özellikle önemli çünkü bu yaklaşım temel bilim ile pratik uygulamalar arasındaki boşluğu doldurabilir.”
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Kaynak: Işığı Dondurursanız Süper Sert Bir Malzeme Elde Edersiniz
Tıp Tarihinde Bir Dönüm Noktası: İlk Titanyum Kalp Nakli Başarıyla Gerçekleşti