Νέα κατάσταση της ύλης ανακαλύφθηκε στον κβαντικό κόσμο

Στην καθημερινότητα γνωρίζουμε τις τρεις καταστάσεις της ύλης, στερεή, αέρια και υγρή, ωστόσο σε πιο ακραίες και εξωτικές συνθήκες υπάρχουν και άλλες και ερευνητές από τις ΗΠΑ και την Κίνα μόλις ανακάλυψαν μία. Την ονόμασαν Chiral-Bose liquid state και μπορεί να μας αποκαλύψει τους μηχανισμούς του κβαντικού κόσμου.

Η κατάσταση της ύλης περιγράφει πώς συμπεριφέρονται τα σωματίδια όταν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Όταν είναι σταθερά σε ένα σημείο έχουμε ένα στερεό αντικείμενο, όταν ρέουν έχουμε υγρό ή αέριο και όταν τα φορτίζουμε με ιόντα έχουμε πλάσμα. Ο κβαντικός κόσμος έχει περισσότερους τρόπους για να αλληλεπιδράσουν τα σωματίδια και επιτρέπουν συμπεριφορές που περιγράφονται καλύτερα με ενέργεια και πιθανότητες.

Σε ένα κβαντικό σύστημα στο οποίο υπάρχουν μηχανισμοί που αποτρέπουν τα σωματίδια από το να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους, δημιουργήθηκαν αποτελέσματα που εξέπληξαν τους επιστήμονες. Οι ερευνητές επικεντρώθηκαν στα ηλεκτρόνια και χρησιμοποίησαν μία αναλογία ενός παιχνιδιού για να εξηγήσουν τι συμβαίνει.

Είναι σαν ένα παιχνίδι μουσικής καρέκλας, σχεδιασμένο να ταλαιπωρήσει τα ηλεκτρόνια. Αντί κάθε ηλεκτρόνιο να έχει μία καρέκλα να κάτσει, του προσφέρουμε πολλές πιθανότητες για το που μπορεί να κάτσει.

Οι ερευνητές δημιούργησαν μία συσκευή ημιαγωγού με δύο στρώματα. Το πάνω ήταν πλούσιο σε ηλεκτρόνια και το δεύτερο είχε πολλές διαθέσιμες τρύπες για να κινηθούν μέσα τους τα ηλεκτρόνια. Ωστόσο δεν υπήρχαν αρκετές τρύπες για όλα τα ηλεκτρόνια. Χρησιμοποιώντας ένα πανίσχυρο μαγνητικό πεδίο, κατάφεραν να μετρήσουν πώς κινήθηκαν τα ηλεκτρόνια, αποκαλύπτοντας την πρώτη απόδειξη για το νέο Chiral-Bose liquid state.

Στα άκρα του ημιαγωγού, τα ηλεκτρόνια και οι τρύπες κινούνται με την ίδια ταχύτητα. Αυτό οδηγεί σε μία μεταφορά που μοιάζει με έλικα, η οποία μπορεί να τροποποιηθεί από εξωτερικά μαγνητικά πεδία καθώς το ηλεκτρόνιο και οι τρύπες σταδιακά διαχωρίζονται κάτω από μεγαλύτερα πεδία.

Το πείραμα αποκάλυψε μερικές ενδιαφέρουσες ιδιότητες των ηλεκτρονίων, τα οποία παγώνουν σε ένα προβλέψιμο μοτίβο και με σταθερή κατεύθυνση περιστροφής, χωρίς να επηρεάζονται από άλλα σωματίδια ή μαγνητικά πεδία. Η σταθερότητα αυτή μπορεί να έχει εφαρμογή σε κβαντικά ψηφιακά αποθηκευτικά συστήματα.

Επίσης, αν εξωτερικά σωματίδια επηρεάσουν ένα μόνο ηλεκτρόνιο μέσα στο σύστημα, επηρεάζονται όλα τα ηλεκτρόνια του συστήματος λόγω της κβαντικής διεμπλοκής. Είναι σαν να χτυπάμε μία μπάλα μπιλιάρδου και όλες οι άλλες να ταξιδεύουν προς την ίδια κατεύθυνση.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Nature.