Een nieuwe en exotische staat van materie is ontdekt door subatomaire deeltjes samen te persen tot een ongelooflijk dicht kristal. Door een sterke lichtstraal door twee chemische verbindingen te laten gaan, vonden wetenschappers een nieuwe vorm van materie die bestaat uit excitonen.
Natuurkundigen hebben een sterk georganiseerd kristal gevonden dat is samengesteld uit subatomaire deeltjes die een exotische nieuwe staat van materie vormen. De onderzoekers beschreven hun bevindingen in een artikel dat op 11 mei in het tijdschrift Science is gepubliceerd. De nieuwe vorm van materie die bekend staat als de "bosonische gecorreleerde isolator" zou kunnen leiden tot de ontdekking van veel nieuwe soorten ongebruikelijk materiaal gemaakt van gecondenseerde materie.
Fermionen en bosonen zijn twee classificaties van subatomaire deeltjes. De twee verschillen fundamenteel van elkaar in de manier waarop ze roteren en zich tot elkaar verhouden.
Omdat ze atomen vormen, worden fermionen zoals elektronen en protonen vaak beschouwd als fundamentele eenheden van materie. Ze onderscheiden zich door hun semi-integer spins. Het is onmogelijk dat twee identieke fermionen tegelijkertijd dezelfde ruimte delen.
Aan de andere kant wordt aangenomen dat bosonen de essentie van de kosmos zijn en de fundamentele krachten van het bestaan met elkaar verbinden. Ze dragen kracht, vergelijkbaar met fotonen of lichtpakketten. De gehele spins van deze deeltjes zorgen voor het gelijktijdig bestaan van een groot aantal bosonen.
Chenhao Jin, een fysicus van de gecondenseerde materie aan de Universiteit van Californië in Santa Barbara, is hoofdauteur van de studie. “Bosonen kunnen hetzelfde energieniveau innemen; Fermions houden er niet van om bij elkaar te blijven", zei hij. Deze acties werken samen om de wereld te creëren die we kennen.
Twee fermionen kunnen echter in een bepaalde situatie worden gecombineerd om een boson te vormen: wanneer een negatief geladen elektron wordt vastgemaakt aan een positief geladen "gat" in een ander fermion, staat het resulterende boson bekend als een "exciton".
De wetenschappers creëerden een moirépatroon door een wolfraamdisulfidekooi bovenop een wolfraamdiselenidekooi te plaatsen om te zien hoe excitonen met elkaar omgaan. Vervolgens lieten ze een krachtige lichtstraal door de kooien gaan, met behulp van een techniek die 'lichtfusie' wordt genoemd.
Vervolgens gebruikten ze een techniek genaamd "pump probe spectroscopie" om een sterke lichtstraal door de roosters te laten schijnen. Deze omstandigheden zorgden ervoor dat de excitonen op een ondoordringbare manier dicht op elkaar werden gepakt, wat resulteerde in een nieuwe symmetrische kristalvorm met een neutrale lading die bekend staat als de bosonisch gecorreleerde isolator.
Volgens Jin is van oudsher het meeste onderzoek gewijd aan het begrijpen van wat er gebeurt als verschillende fermionen combineren. Het basisidee achter ons onderzoek was om eerst een nieuw materiaal te creëren uit op elkaar inwerkende bosonen.
Deze nieuwe vorm van materie is volgens de onderzoekers nog nooit eerder geproduceerd in een systeem van 'echte' materie, in tegenstelling tot synthetische systemen, en biedt nieuwe inzichten in het gedrag van bosonen. Bovendien kunnen de technieken die de onderzoekers gebruiken om deze nieuwe vorm van materie te identificeren, helpen bij de ontwikkeling van nieuwe bosonische materialen.
Jin, we zijn ons bewust van de unieke eigenschappen van verschillende materialen. Een van de doelen van de fysica van de gecondenseerde materie is het begrijpen van de oorzaken van deze complexe eigenschappen en het ontdekken van strategieën om de voorspelbaarheid van dit gedrag te vergroten. Het is in de vorm van verklaringen.
Bron: livescience.com/physics-mathematics
📩 23/06/2023 12:52