Durch das Zusammenpressen subatomarer Teilchen in einen unglaublich dichten Kristall wurde ein neuer und exotischer Materiezustand entdeckt. Indem sie einen starken Lichtstrahl durch zwei chemische Verbindungen schickten, entdeckten Wissenschaftler eine neue Form von Materie, die aus Exzitonen besteht.
Physiker haben einen hochorganisierten Kristall gefunden, der aus subatomaren Teilchen besteht, die einen exotischen neuen Materiezustand bilden. Die Forscher beschrieben ihre Ergebnisse in einem Artikel, der am 11. Mai in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde. Die neue Materieform, bekannt als „bosonischer korrelierter Isolator“, könnte zur Entdeckung vieler neuer Arten ungewöhnlicher Materialien aus kondensierter Materie führen.
Fermionen und Bosonen sind zwei Klassifikationen subatomarer Teilchen. Die beiden unterscheiden sich grundlegend in der Art und Weise, wie sie sich drehen und zueinander in Beziehung stehen.
Da sie Atome bilden, werden Fermionen wie Elektronen und Protonen oft als Grundeinheiten der Materie angesehen. Sie zeichnen sich durch ihre halbzahligen Spins aus. Es ist unmöglich, dass sich zwei identische Fermionen gleichzeitig denselben Raum teilen.
Andererseits wird angenommen, dass Bosonen die Essenz des Kosmos sind und die Grundkräfte der Existenz miteinander verbinden. Sie übertragen Kraft, ähnlich wie Photonen oder Lichtpakete. Die ganzzahligen Spins dieser Teilchen ermöglichen die gleichzeitige Existenz einer großen Anzahl von Bosonen.
Chenhao Jin, ein Physiker für kondensierte Materie an der University of California in Santa Barbara, ist Hauptautor der Studie. „Bosonen können das gleiche Energieniveau einnehmen; Fermionen bleiben nicht gern zusammen“, sagte er. Diese Aktionen wirken zusammen, um die Welt zu erschaffen, die wir kennen.
In bestimmten Situationen können sich jedoch zwei Fermionen zu einem Boson verbinden: Wenn ein negativ geladenes Elektron an ein positiv geladenes „Loch“ in einem anderen Fermion gebunden wird, wird das resultierende Boson als „Exziton“ bezeichnet.
Die Wissenschaftler erzeugten ein Moiré-Muster, indem sie einen Wolframdisulfidkäfig auf einen Wolframdiselenidkäfig platzierten, um zu sehen, wie Exzitonen miteinander interagieren. Anschließend schickten sie einen starken Lichtstrahl durch die Käfige, wobei sie eine Technik namens „Lichtfusion“ verwendeten.
Als nächstes verwendeten sie eine Technik namens „Pump-Probe-Spektroskopie“, um einen starken Lichtstrahl durch die Gitter zu schicken. Diese Bedingungen führten dazu, dass die Exzitonen dicht und undurchlässig gepackt waren, was zu einer neuen symmetrischen Kristallform mit einer neutralen Ladung führte, die als bosonischer korrelierter Isolator bekannt ist.
Laut Jin widmete sich die meiste Forschung traditionell dem Verständnis dessen, was passiert, wenn mehrere Fermionen kombiniert werden. Die Grundidee unserer Forschung bestand darin, zunächst ein neues Material aus wechselwirkenden Bosonen zu erzeugen.
Den Forschern zufolge wurde diese neue Materieform im Gegensatz zu synthetischen Systemen noch nie zuvor in einem System aus „realer“ Materie hergestellt und bietet neue Einblicke in das Verhalten von Bosonen. Darüber hinaus könnten die Techniken, mit denen die Forscher diese neue Materieform identifizieren, bei der Entwicklung neuer bosonischer Materialien hilfreich sein.
Jin, wir sind uns der einzigartigen Eigenschaften verschiedener Materialien bewusst. Eines der Ziele der Physik der kondensierten Materie besteht darin, die Ursachen dieser komplexen Eigenschaften zu verstehen und Strategien zu finden, um die Vorhersagbarkeit dieser Verhaltensweisen zu erhöhen. Es liegt in Form von Aussagen vor.
Quelle: livescience.com/physics-mathematics
📩 23/06/2023 12:52