Ny form for materiale er både krystallinsk og superflydende på samme tid

De tre alment kendte tilstandsformer – fast, flydende og gas – har følgeskab af flere andre tilstandsformer.

I et plasma er elektroner løsrevet fra atomer ved høje temperaturer, og et superflydende materiale, som f.eks. helium under en kritisk værdi på ca. 2 kelvin, har mistet sin viskositet, så strømning foregår uden modstand.

Til denne række af eksotiske tilstande kan man nu tilføje super-faststof eller supersolid, hvor et fast materiale med en krystallinsk form også har superflydende egenskaber.

Det er to forskergrupper fra henholdsvis Schweiz og USA, der på næsten samme tid har fremstillet det første supersolid på lidt forskellig vis.

Har været på vej siden 2004

I 2004 fremlagde en tredje forskningsgruppe et resultat, som indikerede eksistensen af et supersolid i helium afkølet til tæt på det absolutte nulpunkt. De eksperimentelle observationer blev dog efterfølgende af de samme forskere tilskrevet overfladeeffekter.

Men nu skulle den være god nok.

Et supersolid er nemlig nu fremstillet, fremgår det af en videnskabelig artikel i Nature fra Tilman Esslingers forskergruppe på ETH i Zurich og i en anden artikel i samme udgave af Nature fra en forskegruppe på MIT i Boston ledet af Nobelprismodtageren Wolfgang Ketterle.

Lang vej fra teori til eksperiment

De teoretiske overvejelser omkring en supersolid tilstand går helt tilbage til perioden mellem 1950'erne til 1970'erne. På den tid blev helium under tryk ved lave temperaturer anset som den mest oplagte kandidat.

Men efter påstanden om, at man havde opnået et supersolid i form af helium, blev tilbagevist, har forskerne betrådt andre veje.

Den schweiziske gruppe har benyttet en gas af rubidiumatomer, som afkøles til få milliardtedele kelvin, hvor atomerne danner et såkaldt Bose-Einstein kondensat – af samme type som den danske forsker Lene V. Hau har benyttet til sine banebrydende eksperimenter med at sænke lysets hastighed.

Gasskyen placeres mellem spejle, så der dannes en optisk kavitet, hvor man kan påvirke atomerne med laserlys.

Tilman Esslinger forklarer, at nøglen til at opnå den specielle tilstand var, at man i en avanceret opstilling kunne opnå, at atomerne oplevede to resonanskamre som værende identiske.

Wolfgang Ketterle modtog sin Nobelpris i 2001 for at have fremstillet det første Bose-Einstein kondensat i 1996, så hans forskergruppe dannede i lighed med schweizerne også et sådant kondensat.

De brugte natrium-atomer, som blev bragt i en superflydende tilstand.

Efterfølgende manipulerede de atomerne med lasere som schweizerne, men på helt anden vis. De introducerede en form for spin-orbit kobling, som bragte Bose-Einstein kondensatet fra at være superflydende til at være et supersolid.

Stor forskerinteresse

Wolfgang Ketterle forklarer i en pressemeddelelse fra MIT, at den næsten samtidige realisering af et supersolid hos de to grupper illustrerer, hvor stor interessen er for dette område.

I første omgang er det en ren grundvidenskabelig interesse, der har drevet de to forskergrupper frem til deres resultat. Men Kaden Hazzard fra Rice University i Houston, Texas, der kommenterer begge resultater i Nature, skriver, at alle nye former for stoftilstande som superfluidum, superledere og ultrakolde Bose-Einstein kondensater har haft enorm betydning for at udvide de teoretiske koncepter og eksperimentelle teknikker, og at 'supersolids' uden tvivl vil få en tilsvarende stor betydning.

Hazzard peger desuden på en lang række spørgsmål, som han gerne vil have besvaret om den nye stof-tilstand.

Som det skete med Bose-Einstein kondensaterne i 1990'erne og nullerne, vil mange andre forskergrupper nu forventeligt kaste sig over dette forskningsområde.

Så det er blot at vente på nyt om materialer, der både er faste og flydende på samme tid.

Emner : Fysik