Fizycy potwierdzili istnienie nowego rodzaju materii
Prawie pięćdziesiąt lat po tym, jak jej istnienie zaproponowano po raz pierwszy, fizycy ostatecznie potwierdzili istnienie nowego rodzaju materii - ekscytonium.
Nazwa ekscytonium (ang. excitonium) podchodzi nie tylko od słowa "ekscytacja", które niewątpliwie opisuje uczucia towarzyszące fizykom, ale od kwazicząstek zwanych ekscytonami. Istnienie ekscytonium zostało potwierdzone przez prof. Petera Abbamonte z Uniwersytetu w Illinois oraz zespół z Uniwersytetu Kalifornijskiego i Uniwersytetu w Amsterdamie.
Ekscytonium to kondensat, w którym zjawiska kwantowe (np. nadprzewodnictwo i nadpłynność) zachodzą nie w skali mikro, a w skali makro. Kondensat jest złożony z ekscytonów, czyli par elektron-dziura.
Aby lepiej zrozumieć, czym jest ekscyton, trzeba się cofnąć w stronę fizyki ciała stałego. Każdy materiał składa się z atomów ułożonych w odpowiednim porządku. Atomy składają się z kolei z jąder i okrążających jest elektronów. Jeżeli usuniemy elektron, możemy stworzyć tzw. dziurę. Nie jest to klasycznie rozumiana pusta przestrzeń, nie jest też prawdziwą cząstką, ale zachowuje się jakby nią była. Stąd właśnie określenie kwazicząstki.
Elektron jest naładowany ujemnie, a dziura naładowana dodatnio, więc możliwe jest powiązanie ich w parę - w takiej sytuacji elektron będzie krążył wokół dziury, zamiast wchodzić w nią. Ten niezwykły stan jest zwany ekscytonem, który z kolei jest cegiełką tworzącą ekscytonium.
Naukowcy nie byli w stanie potwierdzić istnienia ekscytonium przez ostatnie 50 lat, gdyż nie dysponowali odpowiednimi narzędziami, które pozwoliłyby odróżnić ten stan materii od tzw. fazy Peierlsa. Ekscytonium i faza Peierlsa mają tę samą symetrię i podobne inne cechy.
Zespół Abbamonte opracował nową technikę, która pozwoliła im potwierdzić, że obserwowane zjawisko faktycznie jest ekscytonem. Technikę tę nazwano czasoworozdzielczą spektroskopią strat energii elektronów (M-EELS). Naukowcy zauważyli, że gdy temperatura materiału zbliża się do krytycznych 190 Kelwinów (-83oC), pojawia się prekursor kondensacji ekscytonów, tzw. faza plazmonu. To pierwsza w historii obserwacja ekscytonium.
- Wyniki te mają kosmiczne znaczenie. Odkąd Bert Halperin stworzył termin ekscytonium w latach 60. ubiegłego wieku, fizycy próbowali potwierdzić istnienie tego stanu materii. Wreszcie się udało - powiedział prof. Peter Abbamonte.
Potwierdzenie istnienia nowego rodzaju materii może odkryć kolejne tajemnice mechaniki kwantowej.
