KATI MADDELERİN ÖZELLİKLERİNİ “SUPERSOLİD’LE” BİRLEŞTİREN YENİ BİR MADDE FORMU

    KATI MADDELERİN ÖZELLİKLERİNİ “SUPERSOLİD’LE” BİRLEŞTİREN YENİ BİR MADDE FORMU

    Bu resim, Ketterle grubunun bir süper-katı oluşturmak için kullandığı ekipmanı gösterir.

         MIT fizikçileri, katı maddelerin özelliklerini “supersolid’le” birleştiren yeni bir madde formu oluşturdular. Ekip, bir Bose-Einstein kondensatı olarak bilinen bir süper-akışkan gazın manipüle edilmesi için lazerler kullanarak kondensatı katı bir yapıya sahip ve viskozite olmadan akabilen, süper akışkan bir ana özelliğe sahip bir maddenin kuantum fazı haline getirmeyi başardı. Maddenin bu çelişkili safhasına ilişkin çalışmalar, süper iletken mıknatıslar ve sensörler gibi teknolojilerdeki gelişmelerin yanı sıra verimli enerji taşınması için önemli olan süper akışkanlar ve süper iletkenler hakkında daha derin bilgiler sağlayabilir.

         Ekip lideri Wolfgang Ketterle ile MIT Fizik Profesörü John D. MacArthur "Süper akışkanlığı ve sağlamlığı bir araya getiren malzeme bulunduğunu düşünmek çok da şaşırtıcı değil" diyor. "Kahve süper akışkan olsaydı ve karıştırdıysanız, sonsuza dek dönmeye devam edecekti."

         Fizikçiler supersolid olasılığını öngörmüş ancak onları laboratuarda gözlememişlerdi. Heilum atomları katı bir helyum kristalinde hareket edip etkin bir şekilde bir süpersolid haline gelebilirlerse, katı helyumun süper akışkan olabileceğini teoriye dayandırdılar. Bununla birlikte, deneysel kanıt çok zordu.

         Ekip, sodyumun atomlarını nanokelvin sıcaklıklarına soğutmak için lazerli soğutma ve buharlaşmalı soğutma yöntemlerinin bir kombinasyonunu kullandı. Sodyumun atomları, çift sayıdaki nucleon ve elektronları için, 'bosons' olarak bilinirler. Neredeyse mutlak sıfıra soğutulduğunda, pistonlar, Bose-Einstein kondensatı (BEC) olarak adlandırılan, seyreltik bir gazın süper-akışkan halini oluştururlar.

         “Şimdi zorluk BEC'e, bir katının belirleyici özelliği olan “atom tuzağı”nın ötesinde bir şekil veya form geliştirdiğinden emin olmak için bir şeyler eklemek oldu” diye açıklıyor Ketterle.

         Supersolid durumunu oluşturmak için ekip, BEC atomlarının hareketini lazer ışınları kullanarak manipüle etti ve "spin-yörünge kuplajı" getirdi.

         Ekibimiz, ultra yüksek vakum odasında kondens atomlarının yarısını farklı kuantum durumuna veya spine dönüştürmek için başlangıçta bir dizi lazer kullandı; bu iki Bose-Einstein kondensatı karışımıydı. İlave lazer ışınları daha sonra iki kondansat arasında atomları transfer etti.

         Fizikçiler, spin-yörünge bağlanmış bir Bose-Einstein kondensatının spontan bir yoğunluk modülasyonu nedeniyle bir süper-katı olacağını öngörmüştü. Kristalin bir katı gibi, bir süper katı yoğunluğu artık sabittir ve bunun yerine 'şerit fazı' olarak adlandırılan dalgalı veya dalga benzeri bir şekle sahiptir.

         Bulguyla uğraşan MIT lisansüstü öğrencisi Junru Li, "En zoru bu yoğunluk modülasyonunu gözlemlemekti" diyor. Bu gözlem, yoğunluğu modülasyonu ile kırılmış olan başka bir lazer ile gerçekleştirildi. Li, "Supersolid için hazırlanan tarifi gerçekten basit. Ancak, tüm lazer ışınlarını tam olarak hizalamak ve şerit safhasını gözlemlemek için her şeyi sabit tutmak büyük bir zorluktu."

         Günümüzde, süper katı sadece ultra yüksek vakum koşullarında son derece düşük sıcaklıklarda bulunmaktadır. Ekip, ileri sürdükleri şekilde, oluşturduğu yeni maddenin özelliklerini karakterize eden ve anlayan süper-parçacıklar ve spin-yörünge kuplajı üzerine daha fazla deney yapmayı planlıyor.

         Ketterle, “Soğuk atomlarımızla, doğada mümkün olanı haritalamaktayız” diye açıklıyor. “Artık deneysel olarak supersolid'lerin tahmininde bulunduğu teorilerin doğru olduğunu kanıtladık, muhtemelen beklenmedik sonuçlarla daha fazla araştırmaya ilham vermeyi umuyoruz.”

         Birçok araştırma grubu ilk supersolid'in gerçekleştirilmesi üzerinde çalışıyorlardı. Nature dergisinin aynı sayısında İsviçre'de bir grup, atomlar tarafından lazer ışığı saçan aynalar yardımıyla bir Bose-Einstein yoğuşkanını bir üst katıya dönüştürmenin alternatif bir yolunu bildirdi. Ketterle, iki grubun eşzamanlı olarak gerçekleştirmesi, bu yeni maddenin ilginin ne kadar büyük olduğunu göstermektedir.

    Çeviri: Celal DEMİRTAŞ

    Daha Fazla:Jun-Ru Li et al. A stripe phase with supersolid properties in spin–orbit-coupled Bose–Einstein condensates, Nature (2017). DOI: 10.1038/nature21431

    Referens Dergi:Nature

    Yayınlama tarihi: 04.03.2017

.
.