Учени прехвърлиха атоми в екзотично „гранично състояние“ – това обещава пробив в свръхпроводимостта

Учени от Масачузетския технологичен институт (MIT) са прехвърлиха атоми в екзотично „гранично състояние“, в което те се движат свободно без триене. Изследователският проект може да изиграе важна роля в създаването на свръхпроводими материали.

Преминавайки през различни вещества, електроните срещат съпротивление на различни нива. В изолаторите движението на електроните е малко или никакво, в полупроводниците – само частично, в проводниците – значително, а в свръхпроводниците няма никакво съпротивление.

Теоретично свръхпроводящите материали могат да се използват за високоскоростен пренос на данни и енергия, а силното електромагнитно поле, което генерират може да бъде полезно за левитиращ високоскоростен транспорт.

Изучаването на движението на електроните е трудна задача, тъй като тези частици са изключително малки и се движат много бързо. Затова в рамките на изследователски проект американски учени накараха атомите, които са по-големи и по-бавни да се държат по подобен начин. Те изследвали свръхпроводимостта в „крайни състояния“ (edge states). В някои материали електроните могат да се движат свободно само по определени участъци – когато на пътя им има препятствия, електроните ги обикалят, вместо да отскачат. В случая с електроните такива състояния траят фемтосекунди (квадрилионни части от секундата) и са ограничени до разстояния от части от нанометъра, така че е много трудно да се правят измервания при такива условия.

За да преодолеят този проблем, американските учени са създали уредба, в която същата физика работи на ниво атоми в области от няколко микрона за продължителност от няколко милисекунди.

За целта те поставили около един милион натриеви атоми в лазерен капан при температура, близка до абсолютната нула и започнали бързо да ги въртят в кръг. При такива условия капанът привлича атомите навътре, а центробежната сила ги изтласква навън – на ниво атоми се получава някакво подобие на плосък свят, който в действителност се върти. Има и трета сила – силата на Кориолис, която отклонява атомите, докато те се движат по права линия. В резултат на това големите частици започват да се държат като електрони в магнитно поле.

След това учените поставят граница – пръстен от лазерна светлина около външната страна на обекта. Докосвайки този пръстен, атомите се „залепвали“ за него, движейки се свободно по границата в една посока. По-нататък учените установили в системата няколко препятствия – насочили в лазерния пръстен няколко светлинни точки, но атомите не отскачали от препятствието, а започвали да го обикалят. Това движение на атомите съответства на поведението на електроните в „гранично състояние“, но на ниво по-големи частици този процес за първи път е наблюдаван директно. Изследователите ще могат да използват този модел за тестване на нови теории, за да научат повече за физиката на свръхпроводниците, като въвеждат нови препятствия в системата и осъществяват взаимодействия, чиито последствия все още са непредсказуеми.