นักวิทยาศาสตร์เปลี่ยนเป็น 'supersolid' เป็นครั้งแรกที่เคยมีความหมายและทำไมมันถึงสำคัญ

Supersolids เป็นเรื่องแปลกกำหนดโดยที่อนุภาคควบแน่นเป็นของแข็งผลึกอย่างเป็นระเบียบ แต่ก็เคลื่อนที่เหมือนของเหลวที่ไม่มีความหนืด (ความหนืดหมายถึงแรงเสียดทานภายในของสารควบคุมการไหลอย่างราบรื่น) โดยปกติแล้วของแข็งจะไม่เคลื่อนไหวด้วยตัวเอง แต่ supersolids เปลี่ยนทิศทางและความหนาแน่นขึ้นอยู่กับการโต้ตอบของอนุภาคในขณะที่ยังคงโครงสร้างโครงตาข่ายที่จัดระเบียบ

Supersolids ต้องการอุณหภูมิต่ำมากในรูปแบบ - มักจะอยู่ใกล้มาก(ลบ 459.67 องศาฟาเรนไฮต์หรือลบ 273.15 องศาเซลเซียส) อนุภาคส่วนใหญ่จะต้องครอบครองสถานะพลังงานต่ำสุดที่มีอยู่และความร้อนทำให้อนุภาคกระโดดขึ้นและลงเหมือนเด็กวัยหัดเดินที่น่าตื่นเต้นในหลุมลูก

หากวัสดุเย็นพออุณหภูมิจะไม่ปิดบังว่าอนุภาคจะมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไร แต่ผลกระทบเล็ก ๆ ของกลศาสตร์ควอนตัมกลายเป็นปัจจัยที่กำหนดในการทำงานของวัสดุ

ลองนึกภาพเด็กวัยหัดเดินได้กลับบ้านแล้วและหลุมบอลก็ตกลงสู่สภาวะที่สงบ ตอนนี้เราสามารถศึกษาได้อย่างสงบสุขว่าองค์ประกอบของแต่ละหลุมมีการโต้ตอบกันเพื่อกำหนดลักษณะของแต่ละองค์ประกอบอย่างไร

ความหนืดเป็นตัวชี้วัดว่าของเหลวเปลี่ยนรูปร่างได้ง่ายเพียงใด ของเหลวที่มีความหนืดสูงกว่ามีแนวโน้มที่จะยึดติดกับตัวเองมากขึ้นและดังนั้นจึงต่อต้านการเคลื่อนไหวเช่นว่าน้ำเชื่อมเคลื่อนที่เฉื่อยชามากขึ้นเมื่อเทออกจากภาชนะเมื่อเทียบกับวิธีการที่น้ำจากน้ำ ของเหลวทั้งหมดยกเว้น superfluids และ supersolids มีความหนืดจำนวนหนึ่ง

ตัวอย่างที่รู้จักกันดีที่สุดของของเหลวที่ไม่มีความหนืดคือฮีเลียมเย็นลงถึงอุณหภูมิภายในไม่กี่องศาของศูนย์สัมบูรณ์ อนุภาคยังไม่สมบูรณ์ที่ศูนย์แน่นอน - พวกเขากระดิกไปรอบ ๆ เล็กน้อยเนื่องจาก หลักการความไม่แน่นอน- ในกรณีของไอโซโทปฮีเลียม -4 พวกมันเลื้อยไปรอบ ๆ-เพียงพอที่จะทำให้เป็นไปไม่ได้สำหรับตัวอย่างของฮีเลียม -4 ที่จะกลายเป็นของแข็งที่ศูนย์สัมบูรณ์เว้นแต่จะมีความดันประมาณ 25 บรรยากาศที่ใช้เพื่อบีบอนุภาคเข้าด้วยกัน

การกระดิกของฮีเลียม -4 ที่ศูนย์สัมบูรณ์และปรากฏการณ์ควอนตัมอื่น ๆ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงในการกระทำของของเหลว มันหยุดมีแรงเสียดทาน (และดังนั้นจึงไม่มีความหนืด) และสามารถสูบฉีดได้อย่างรวดเร็วจากภาชนะบรรจุในสิ่งอื่น ๆ

Supersolids ได้รับ ทำจากก๊าซอะตอมก่อน. อย่างไรก็ตามการวิจัยใหม่ใช้กลไกใหม่ที่ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของระบบ "โพลานิตัน"

ขั้วโลกเกิดขึ้นจากการมีเพศสัมพันธ์โฟตอน (แสง) และ quasiparticles เช่น excitons ผ่านปฏิสัมพันธ์ระหว่างแม่เหล็กไฟฟ้าที่แข็งแกร่ง คุณสมบัติของพวกเขาช่วยให้พวกเขาควบแน่นไปยังสถานะพลังงานต่ำสุดที่เป็นไปได้ในลักษณะเดียวกันกับก๊าซอะตอมบางชนิด กล่าวอีกนัยหนึ่งแสงจะประกอบกับสสารและด้วยกันพวกเขาสามารถควบแน่นเป็น supersolid

Supersolids มีความสำคัญต่อการศึกษาเพราะพวกเขาแสดงผลของการปฏิสัมพันธ์ขนาดเล็กควอนตัมระหว่างอนุภาคที่ไม่มีอุณหภูมิเข้ามา เมื่อเราทำแผนที่พฤติกรรมและลักษณะของ supersolids เรากำลังดูว่าอะตอมและอนุภาครวมกันอย่างไร สิ่งนี้สอนเราเกี่ยวกับโลกที่เราอาศัยอยู่ในระดับพื้นฐาน

ด้วยการวิจัยและพัฒนามากขึ้นสามารถใช้ supersolids ได้-น้ำมันหล่อลื่นที่ไม่มีแรงเสียดทานและแอปพลิเคชันที่เรายังไม่ได้เริ่มคิด มีความเป็นไปได้มากมายที่เรายังไม่ได้ค้นพบ - และการทำให้ supersolid จากแสงเป็นก้าวสำคัญไปข้างหน้า