Ellen Neff, Kolumbiya Universiteti tərəfindən

redaktə edən: Gaby Clark , rəy verən: Robert Egan

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

İkiqatlı qrafendə eksitonların bərk naxışa düzülməsinin illüstrasiyası. Müəllif: Kori Din, Kolumbiya Universiteti

Adi maddə soyuduqda qazdan mayeyə çevrilir. Daha da soyuduqda bərk maddəyə çevrilir. Lakin kvant maddəsi çox fərqli davrana bilər. 20-ci əsrin əvvəllərində tədqiqatçılar heliumun soyuduqda adi bir qazdan sözdə super mayeyə çevrildiyini aşkar etdilər. Super mayelər, digər kvant xüsusiyyətləri ilə yanaşı, qablardan çıxmaq qabiliyyəti kimi heç bir enerji itirmədən axır.

Super mayeni daha da soyudanda nə baş verir? Bu sualın cavabını fiziklər yarım əsr əvvəl verməyə başladıqları vaxtdan bəri tapa bilməyiblər.

Super bərk maddənin ilk bərk maddələrə dair işarələri

Bu gün Nature jurnalında Kolumbiya Universitetindən Kori Din və Texas Universitetindən Jia Linin rəhbərlik etdiyi bir qrup, normalda daim hərəkətdə olan bir supermayenin dayandığını müşahidə etdi. Din dedi: “İlk dəfə olaraq bir supermayenin faza keçidindən keçərək superbərk cismə çevrildiyini gördük. Bu, suyun buza çevrilməsi kimidir, amma kvant səviyyəsində.”

Superbərk cisimlər, təkrarlanan kristal qəfəsdə atomların sabit düzülüşü kimi təyin olunan klassik bərk cismin proqnozlaşdırılan kvant versiyasıdır. Superbərk cisimlər, əksinə olaraq, eyni zamanda həm maye, həm də bərk cisim kimi ola bilər: klassik bərk cisimlər kimi kristal, lakin supermaye ilə eyni sürtünməsiz axın nümayiş etdirəcəyi proqnozlaşdırılır.

Bu proqnozlara baxmayaraq, hələlik heç kim heliumda və ya təbii olaraq meydana gələn hər hansı digər maddədə supermayedən superbərkiyə keçidi qəti şəkildə müşahidə etməyib. Fizikanın atom, molekulyar və optik (AMO) alt sahəsindəki tədqiqatçılar son illərdə superbərkitmələrin versiyalarını simulyasiya ediblər , lakin lazerlərdən və optik elementlərdən istifadə edərək mayeni kristal bənzəri bir naxışa – buz kubu qabına qoyulmuş Jello-ya – çevirməyə kömək edən dövri tələ kimi tanınan bir şey yaradıblar.Təbəqə balanssızlığı ilə eksitonlararası boşluğun ℓ _{e tənzimlənməsi. Kredit:} Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-025-09986-w

Qrafen platforma kimi fəaliyyət göstərir

Kortəbii şəkildə əmələ gələn superbərk cisim sirli olaraq qaldı və bu da kondensləşdirilmiş maddə fizikasındakı ən böyük mübahisələrdən birini həll olunmamış qoydu. Bu, Linin Kolumbiya Universitetində postdoktorluq etdiyi dövrdə və keçmiş doktorluq tələbəsi Yihang Zengin (indi Purdue Universitetində dosent) daxil olduğu Dinin komandası təbii olaraq meydana gələn bir kristala – tək atom qalınlığında karbon atomlarından ibarət qrafenə müraciət edənə qədər belə idi.

Qrafen eksiton adlanan maddələrə sahib ola bilər. Bu kvazipartiküllər, iki atom nazik qrafen təbəqələri bir-birinə qatlandıqda və bir təbəqədə əlavə elektronlar, digərində isə əlavə dəliklər (elektronlar işığa cavab olaraq təbəqəni tərk etdikdə geridə qalır) qaldıqda əmələ gəlir. Mənfi yüklü elektronlar və müsbət yüklü dəliklər birləşərək eksitonlara çevrilə bilər. Güclü maqnit sahəsi əlavə edin və eksitonlar super maye əmələ gətirə bilər.

Qrafen kimi 2D materiallar, həddindən artıq axıcılıq və həddindən artıq keçiricilik kimi hadisələri araşdırmaq və manipulyasiya etmək üçün perspektivli platformalar kimi ortaya çıxmışdır. Çünki tədqiqatçıların xüsusiyyətlərini dəqiq tənzimləmək üçün temperatur , elektromaqnit sahələri və hətta təbəqələr arasındakı məsafə kimi bir sıra müxtəlif “düymələri” tənzimləyə bilərlər.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və gündəlik və ya həftəlik olaraq vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında yeniliklər əldə edin .

Gözlənilməz izolyasiyaedici kvant fazası

Din komandası nümunələrindəki eksitonları idarə etmək üçün düymələri çevirməyə başlayanda, kvazipartiküllərin sıxlığı ilə temperatur arasında gözlənilməz bir əlaqə gördülər. Yüksək sıxlıqda onların eksitonları super maye kimi davranırdı, lakin sıxlığı azaldıqca hərəkət etməyi dayandırdı və izolyatorlara çevrildi. Komanda temperaturu artırdıqda, super mayelik geri döndü.

Li dedi: ” İstifadəçi fazanın əriyərək ifrat mayeyə çevrilməsini müşahidə etmək misli görünməmiş bir hadisədir. Bu, aşağı temperaturlu fazanın olduqca qeyri-adi eksiton bərk maddə olduğunu göstərir.”

Deməli, bu, super bərk maddədirmi? “İzolyatorları sorğulamaq qabiliyyətimiz bir az dayandığı üçün bəzi fərziyyələr irəli sürməliyik”, – deyə Din izah etdi – onların təcrübəsi daşıma ölçmələrindədir və izolyatorlar cərəyanı ötürmür. “Hələlik, biz bu izolyasiya vəziyyəti ətrafındakı sərhədləri araşdırırıq və onu birbaşa ölçmək üçün yeni alətlər hazırlayırıq.”

Daha yüksək temperaturlu kvant vəziyyətlərinin təqibi

Onlar həmçinin digər laylı materiallara da baxırlar. İkiqatlı qrafendə əmələ gələn eksitonik supermaye və çox güman ki, superbərk maddə bunu yalnız güclü maqnit sahəsinin köməyi ilə edir. Alternativlərin lazımi tənzimləmələrə daxil edilməsi bir qədər daha çətindir, lakin onlar kvazipartikülləri daha yüksək temperaturda və maqnitə ehtiyac olmadan sabitləşdirə bilər.

2D materialda supermayeni idarə etmək həyəcanverici bir perspektivdir – məsələn, heliumla müqayisədə eksitonlar minlərlə dəfə daha yüngüldür, buna görə də onlar daha yüksək temperaturda supermaye və superbərk cisimlər kimi kvant vəziyyətləri yarada bilərlər. Superbərk cisimlərin gələcəyi hələ də aydın deyil, lakin 2D materiallarının tədqiqatçılara bu sirli kvant fazasını anlamağa kömək edəcəyinə dair möhkəm dəlillər mövcuddur.

Nəşr detalları

Jia Li, İkiqatlı eksitonların supermayedən izolyatora keçidinin müşahidəsi, Təbiət (2026). DOI: 10.1038/s41586-025-09986-w . www.nature.com/articles/s41586-025-09986-w

Jurnal məlumatı: Təbiət 

Əsas anlayışlar

Faza keçidləriKvazipartiküllər və kollektiv həyəcanlarHəddindən artıq axıcılıqNəqliyyat hadisələri2 ölçülü sistemlərKristal sistemlərKvant mayeləri və bərk maddələr

Kolumbiya Universiteti tərəfindən təmin edilir