Genom experimentell forskning har ett team av fysiker knutna till flera institutioner i Kina observerat ett material i en supersolid fas av materia för första gången. I deras artikel publicerad i tidskriften Nature , beskriver gruppen experimenten de genomförde för att åstadkomma denna bedrift och dess implikationer. Natur har publicerat en Research Briefing i samma tidskriftsnummer som beskriver lagets arbete med detta arbete.
Ett supersolid är ett till synes motsägelsefullt material - det definieras som stelt, men har också superfluiditet, i vilket en vätska flyter utan friktion. På 1970-talet antydde teoretiskt arbete av Anthony Leggett att ett sådant material kunde vara möjligt. Men hittills har ingen kunnat hitta det i naturen eller syntetisera det i labbet.
För att skapa ett supersolid började forskarna som var involverade i den här nya studien med en förening som heter NBCP - den har det unika attributet för atomer ordnade i triangulära gitter. Detta betyder, forskargruppen fann, att om den placeras inom ett magnetfält kommer alla dess atomer att snurra i samma riktning.
Men när magneten tas bort försöker atomerna alla att orientera sig med ett snurr motsatt sin grannes — men eftersom de är ordnade i en triangel uppstår "frustration" på grund av de begränsade möjliga orienteringarna. Denna observation antydde att under de rätta förhållandena kunde NBCP existera som ett supersolid.
För att skapa rätt förutsättningar byggde forskarna en apparat för att mäta den magnetokaloriska effekten när materialet exponerades för ett magnetfält utan rädsla för värmeläckor. Detta gjorde det möjligt för dem att kartlägga entropitillståndet, vilket i sin tur gjorde det möjligt för dem att upptäcka atomernas spinntillstånd och deras övergångar. De jämförde resultaten med teoretiska beräkningar och kom fram till att de var på rätt väg.
De utförde sedan neutrondiffraktionsmätningar och jämförde dem med teoretiska beräkningar och fann återigen överensstämmelse. Tillsammans tillät sådana mätningar dem att dra slutsatsen att de hade observerat ett material i dess supersolid tillstånd.
Observationen förväntas öppna nya möjligheter för att studera kvantfenomen och simulera nya material.
Mer information: Junsen Xiang et al, Giant magnetokaloric effect in spin supersolid kandidat Na2BaCo(PO4)2, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-023-06885-w
Spin supersolid med gigantisk magnetokalorisk effekt lovar en ny väg till extrem kylning, Nature (2024). DOI:10.1038/d41586-023-04102-2. www.nature.com/articles/d41586-023-04102-2
Journalinformation: Natur
© 2024 Science X Network
