Forskare har hittat bevis för en anomal fas av materia som förutspåddes existera på 1960-talet. Att utnyttja dess egenskaper kan bana väg för ny teknik som kan dela information utan energiförluster. Dessa resultat redovisas i tidskriften Vetenskapens framsteg .

När man undersöker ett kvantmaterial, forskarna från University of Cambridge som ledde studien observerade närvaron av oväntat snabba energivågor som skvallade genom materialet när de exponerade det för korta och intensiva laserpulser. De kunde göra dessa observationer genom att använda en mikroskopisk fartkamera som kan spåra små och mycket snabba rörelser i en skala som är utmanande med många andra tekniker. Denna teknik sonderar materialet med två ljuspulser:den första stör det och skapar vågor - eller svängningar - som fortplantar sig utåt i koncentriska cirklar, på samma sätt som att tappa en sten i en damm; den andra ljuspulsen tar en ögonblicksbild av dessa vågor vid olika tidpunkter. Sätta ihop, dessa bilder tillät dem att titta på hur dessa vågor beter sig, och att förstå deras "hastighetsgräns".

"Vid rumstemperatur, dessa vågor rör sig med en hundradel av ljusets hastighet, mycket snabbare än vi förväntar oss i ett normalt material. Men när vi går till högre temperaturer, det är som om dammen har frusit, " förklarade första författaren Hope Bretscher, som utförde denna forskning vid Cambridges Cavendish Laboratory. "Vi ser inte alls dessa vågor röra sig bort från berget. Vi tillbringade lång tid med att leta efter varför ett så bisarrt beteende kunde uppstå."

Den enda förklaringen som verkade passa alla experimentella observationer var att materialet är värd, vid rumstemperatur, en "excitonisk isolator" fas av materia, vilket även om det teoretiskt förutspåddes, hade undgått upptäckt i årtionden.

"I en excitonisk isolator, de observerade energivågorna stöds av laddningsneutrala partiklar som kan röra sig med elektronliknande hastigheter. Viktigt, dessa partiklar skulle kunna transportera information utan att hindras av de spridningsmekanismer som, i de vanligaste materialen, påverka laddade partiklar som elektroner, " sa Dr. Akshay Rao från Cavendish Laboratory, som ledde forskningen. "Den här egenskapen kan ge en enklare väg mot rumstemperatur, energibesparande beräkning än supraledning."

Cambridge-teamet arbetade sedan med teoretiker runt om i världen för att utveckla en modell om hur denna excitoniska isoleringsfas existerar, och varför dessa vågor beter sig på detta sätt.

"Teoretiker förutspådde förekomsten av denna anomala fas för decennier sedan, men de experimentella utmaningarna att se bevis på detta har inneburit att vi först nu kan tillämpa tidigare utvecklade ramverk för att ge en bättre bild av hur det beter sig i ett verkligt material, " kommenterade Yuta Murakami, från Tokyo Institute of Technology, som samarbetade i studien.

"Den försvinnande energiöverföringen utmanar vår nuvarande förståelse av transport i kvantmaterial och öppnar teoretikers fantasi för nya sätt för deras framtida manipulation, " sa samarbetspartner Denis Gole, från Jozef Stefan Institute och University of Ljubljana.

"Det här arbetet tar oss ett steg närmare mot att uppnå några otroligt energieffektiva tillämpningar som kan utnyttja den här egenskapen, inklusive i datorer, " avslutade Dr. Rao.