Az anyag különleges fázisai: szuperfolyadékból szuperszilárd – és vissza

Titokzatos fázisok a laborban

Bár a legtöbben csak a szilárd, folyékony és gáznemű anyagállapotokat ismerik, a világ ennél sokkal többet rejt. Az olyan különleges fázisok, mint a szuperfolyadék, jellemzően csak extrém körülmények között léteznek. Ilyenek például azok az esetek, amikor egyes részecskék, mint a hélium izotópjai vagy az excitonok, majdnem abszolút nulla fokra hűlnek – így súrlódás nélkül áramolhatnak, és lenyűgöző kvantumörvényeket alkotnak.

A szuperszilárd állapot ennél is bizarrabb: ugyan megmarad a nulla viszkozitás, de a részecskék már rendezett, kristályos szerkezetet alkotnak, miközben az áramlóképesség és a kvantumörvények is megmaradnak. Korábban már előállítottak szuperszilárd állapotot laboratóriumokban, de mindig extra energiát és bonyolult felszerelést alkalmaztak, hogy kvázi belekényszerítsék a részecskéket ebbe a rendezett állapotba. Most viszont magától, természetes fázisátmenet révén jött létre a szuperszilárd állapot.

Grafénlapok között, abszolút nulla közelében

A kutatók két, szinte papírvékony graféndarabot tettek egymás közelébe, majd erős mágneses mezőt alkalmaztak, végül az egészet 1,5–4 Celsius-fokkal az abszolút nulla fölé hűtötték. Ebben a környezetben az excitonok – egy elektron és egy elektronhiány (lyuk) párosai – kezdetben szuperfolyadékot alkottak. További hűtés hatására teljesen új, elektromosan szigetelő fázis jött létre, amely nagy valószínűséggel megfelel a rég megjósolt szuperszilárd állapotnak.

Az eredmények szerint egy szuperfolyadék fázisából közvetlen átmenet történhet szuperszilárd állapotba, és vissza – hasonlóan ahhoz, ahogy a víz megfagy, majd kiolvad. A csapat most más anyagokkal folytatja a kísérleteket, és új mérési technológiákat is fejlesztenek. Ezek a kutatások közelebb vihetnek a magasabb hőmérsékleten működő szuperszilárd anyagok alkalmazásához, illetve mélyebb rálátást adhatnak a részecskefizika világára.

2025, adrienne, www.livescience.com alapján