Zjawisko, które przez lata dezorientowało fizyków, wreszcie znalazło swoje naukowe wyjaśnienie. Niemieccy badacze odkryli, dlaczego niektóre materiały kwantowe nagle przestają przewodzić prąd.
Naukowcy od lat obserwowali dziwne zachowanie niektórych materiałów. Mimo iż powinny one przewodzić prąd, nagle traciły tę adekwatność bez wyraźnego powodu. Takie anomalie były trudne do zinterpretowania, aż do teraz. Zespół fizyków z Niemiec, pracujący przy synchrotronie PETRA III w DESY, odkrył, iż odpowiedzialny za to jest specyficzny typ kwazicząstki – tzw. polaron.
Polaron to efekt współdziałania elektronu z otaczającymi go atomami. To rodzaj swego rodzaju wspólnego tańca, który zmienia adekwatności całego układu. W nowo badanym związku zawierającym tul, selen i tellur, ten taniec okazuje się na tyle intensywny, iż dosłownie blokuje przepływ ładunku. Prąd przestaje płynąć, bo elektrony zostają spowolnione przez lokalne zaburzenia struktury krystalicznej.
Mała anomalia, wielka rewolucja
To przełomowe odkrycie zaczęło się tak naprawdę od z pozoru błahego błędu pomiarowego. Naukowcy podczas analizy materiału wielokrotnie zauważali dziwny guzek na widmie sygnału, ale początkowo zrzucali go na karb zakłóceń. Dopiero po latach uznali, iż to coś ważnego i rozpoczęli swoje śledztwo. Wykorzystali do tego intensywne promieniowanie rentgenowskie oraz starą, 70-letnią teorię. Pozwoliło to zrozumieć, iż mają do czynienia właśnie z polaronem.
Jak czytamy na łamach Gizmodo, dane idealnie pokryły się z wynikami eksperymentów dopiero wtedy, gdy uwzględnili jego wpływ w symulacjach komputerowych. To pierwszy przypadek, kiedy polaron został zaobserwowany w związku na bazie metali ziem rzadkich, tak kluczowych dla nowoczesnej technologii.
To przewodnictwo przyszłości?
Odkrycie ma tak naprawdę znacznie wykraczające tylko poza fizyczną ciekawostkę. Polarony mogą bowiem odgrywać istotną rolę w działaniu przyszłych materiałów kwantowych, w tym nadprzewodników działających w temperaturze pokojowej. Zrozumienie ich działania to krok w stronę opracowania nowych układów scalonych, lepszych komputerów kwantowych, a choćby energooszczędnych sieci przesyłu energii. Fizycy podkreślają, iż przewodnictwa nie można już tłumaczyć wyłącznie składem chemicznym materiału. Ważne stają się tu też zjawiska kolektywne, takie jak powstawanie kwazicząstek i lokalne zaburzenia sieci atomowej.
Polaron, który przez lata pozostawał ukrytą zmienną w równaniach fizyków, może okazać się brakującym ogniwem w zrozumieniu zachowania materii w skali nano. To nie tylko fundamentalna wiedza, ale potencjalna podstawa dla przyszłych technologii – od nowej generacji półprzewodników po urządzenia kwantowe.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
