Woda, która nie zamarza? Naukowcom udało się osiągnąć coś niebywałego w kwantowym świecie

Zespół złożony z przedstawicieli instytucji badawczych w Japonii, Niemczech i Stanach Zjednoczonych stworzył stan kwantowy, w którym atomy wykazują zaskakujące właściwości.
Woda, która nie zamarza? Naukowcom udało się osiągnąć coś niebywałego w kwantowym świecie

O ich dokonaniach możemy przeczytać na łamach Nature Physics. Publikacja opisuje, że ułożenie atomów we wspomnianym materiale, nawet przy obniżeniu temperatury do wartości bliskich zeru absolutnemu, nie zmieniło się na charakterystyczne dla zamarzania cieczy. W przyszłości taki sposób mógłby posłużyć do opracowania nowych i wysoce wydajnych czujników kwantowych.

Czytaj też: Chińczycy pobili sąsiadów ze wschodu. Mają najbardziej wydajne ogniwo fotowoltaiczne na świecie

I choć mogłoby się wydawać, iż materiały kwantowe nie różnią się od zwykłych, to mają pewną charakterystyczną cechę. Tworzące je elektrony oddziałują z niezwykłą intensywnością, co prowadzi do występowania efektów kwantowych, które działają nie tylko w makro-, ale również i mikroskali.

Wśród przykładów tego typu właściwości wymienia się choćby możliwość przewodzenia prądu w niskich temperaturach bez jakichkolwiek strat energii. A skąd w ogóle nawiązanie do wody w tytule? Kiedy temperatura spada, nieuporządkowane spiny warunkujące istnienie magnetyzmu mogą “zamarzać”, podobnie jak woda zmienia swój stan skupienia, gdy temperatura spada poniżej zera.

Naukowcy wykorzystali temperaturę o ułamek stopnia Celsjusza wyższą od zera absolutnego

Naukowcy postanowili więc stworzyć stan kwantowy, w którym ułożenie związane ze spinami nie zmieni się nawet w skrajnie niskich temperaturach. Na większą skalę dotyczyłoby to cieczy, która nie zmieni się w lód. Badacze użyli prazeodymu, cyrkonu i tlenu i przyjęli, że właściwości sieci krystalicznej pozwolą spinom elektronów oddziaływać z ich orbitalami wokół atomów w specjalny sposób. Następnie schłodzili próbkę do temperatury o ułamek stopnia Celsjusza wyższej od zera absolutnego.

Gdyby spiny uporządkowały się, powinno to było spowodować gwałtowną zmianę w zachowaniu kryształu, taką jak nagła zmiana długości. Jednak, jak zaobserwowaliśmy, nic się nie stało! Nie było żadnych nagłych zmian ani w długości, ani w jego odpowiedzi na fale ultradźwiękowe. wyjaśnia Sergei Zherlitsyn

Czytaj też: DALL-E 2 to nie tylko ciekawostka. Można ją wykorzystać nawet w medycynie

Zaprojektowany nowy stan kwantowy mógłby w przyszłości przydać się przede wszystkim w kontekście tworzenia bardzo czułych czujników kwantowych. Zanim jednak będzie to możliwe konieczne okaże się wymyślenie sposobu na regularne generowanie wzbudzenia w tym stanie.