Med hjälp av fysikekvivalenten till stroboskopfotografering som fångar varje ryck i en gepard i fullspurt, forskare har använt ultrasnabb spektroskopi för att visualisera elektroner som interagerar som ett dolt materiellt tillstånd i en supraledande legering.

Det tar intensiv, encykliska pulser av fotoner-blixtar-träffar den kylda legeringen med terahertz-hastighet-biljoner cykler per sekund-för att slå på detta dolda tillstånd av materia genom att modifiera kvantinteraktioner ner på atom- och subatomära nivåer.

Och sedan tar det ett andra terahertz -ljus för att utlösa en ultrasnabb kamera för att ta bilder av materiens tillstånd som, när de är helt förstådda och inställda, kan en dag få konsekvenser för snabbare, värmefri, kvantberäkning, informationslagring och kommunikation.

Upptäckten av detta nya växlingsschema och den dolda kvantfasen var full av konceptuella och tekniska utmaningar.

För att hitta nytt, emergenta elektrontillstånd i materia bortom fasta ämnen, vätskor och gaser, dagens fysiker kan inte längre helt förlita sig på traditionella, långsam, termodynamiska inställningsmetoder som att ändra temperaturer, tryck, kemiska sammansättningar eller magnetfält, sa Jigang Wang, en professor i fysik och astronomi vid Iowa State University och en fakultetsvetare vid U.S. Department of Energy's Ames Laboratory.

"Den stora, öppen fråga om vilket tillstånd som döljs under supraledning är universellt, men dåligt förstått, "Sa Wang." Vissa dolda tillstånd verkar vara otillgängliga med någon termodynamisk inställningsmetod. "

Det nya kvantbytesschemat som utvecklats av forskarna (de kallar det terahertz light-quantum-tuning) använder korta pulser av biljoner sekunder av en sekund vid terahertz-frekvens för att selektivt bombardera, utan uppvärmning, supraledande niob-tenn, som vid ultrakalla temperaturer kan leda elektricitet utan motstånd. Blixtarna växlar plötsligt modellblandningen till ett dolt tillstånd av materia.

Den vetenskapliga tidskriften Naturmaterial har just publicerat ett papper som beskriver upptäckten. Wang är motsvarande författare. Ledande författare är Xu Yang och Chirag Vaswani, Iowa State doktorander i fysik och astronomi.

I de flesta fallen, exotiska tillstånd av materia som det som beskrivs i denna forskningsartikel är instabila och kortlivade. I detta fall, materiens tillstånd är metastabilt, vilket betyder att det inte sönderfaller till ett stabilt tillstånd en storleksordning längre än andra, mer typiska övergående tillstånd av materia.

Den snabba hastigheten på omkopplaren till ett dolt kvanttillstånd har sannolikt något att göra med det.

"Här, kvantkylningen (förändring) är så snabb, systemet är fångat på en konstig 'platå' och vet inte hur man ska gå tillbaka, " sa Wang. "Med denna snabbsläckning, ännu icke-termiskt system, det finns ingen vanlig plats att gå. "

En kvarvarande utmaning för forskarna är att ta reda på hur man kan kontrollera och ytterligare stabilisera det dolda tillståndet och avgöra om det är lämpligt för kvantlogikoperationer, Sa Wang. Det skulle kunna tillåta forskare att utnyttja det dolda tillståndet för praktiska funktioner som kvantberäkning och för grundläggande tester av bisarr kvantmekanik.

Allt börjar med forskarnas upptäckt av ett nytt kvantbytesschema som ger dem tillgång till nya och dolda materia.

Sade Wang:"Vi skapar och kontrollerar en ny kvantmateria som inte kan uppnås på något annat sätt."