Shkencëtarët përdorin lazer për të rikrijuar materialin superpërçues të ‘përdredhur’

Shkencëtarët e Universitetit të Çikagos dhe Universitetit Shanxi njoftuan se kanë krijuar një mënyrë për të përdorur lazerët për të “simuluar” një material që fizikantët e kanë përdorur për aplikimet e tyre të mundshme teknologjike prej vitesh.

Metoda e re mund të përdoret për të kuptuar më mirë se si funksionon materiali – i njohur si një rrjetë dyshtresore e përdredhur – dhe ndoshta mund të tregojë rrugën drejt elektronikës së re ose teknologjisë kuantike. Puna u botua në Nature.

Katër vjet më parë, shkencëtarët në MIT zbuluan një kthesë të papritur: fletët e holla të atomeve të zakonshme të karbonit mund të bëhen një superpërçues nëse i përdredhni fletët ndërsa i grumbulloni.

Superpërçuesit janë një lloj materiali i rrallë që është në gjendje të përçojë energjinë elektrike në mënyrë të përsosur, pa asnjë humbje. Shkencëtarët dhe inxhinierët mund të ëndërrojnë të gjitha llojet e përdorimeve të superpërçuesve – ata tashmë janë baza e MRI-ve – por ata kanë kufizime të rëndësishme, duke përfshirë nevojën për t’u ftohur nën zero për të punuar. Shkencëtarët shpresojnë se nëse mund të kuptojnë plotësisht parimet e fizikës në lojë, ata mund të dizajnojnë superpërçues të rinj që hapin të gjitha llojet e mundësive teknologjike.

“Sa herë që dikush zbulon një klasë të re superpërcjellësi, bota e fizikës qëndron dhe e merr parasysh”, tha Cheng Chin, profesor i fizikës në Universitetin e Çikagos dhe një bashkautor i studimit të ri. “Por kjo ishte veçanërisht emocionuese sepse bazohej në një material kaq të thjeshtë dhe të zakonshëm si grafeni.”

Grafeni është pothuajse aq i thjeshtë sa mund të bëhet një material: është një rrjetë e hollë atomesh karboni. Shkencëtarët u hodhën për të eksploruar aplikime të mundshme, duke ndezur një vërshim kërkimesh në një fushë të re të pagëzuar me elektronikë të përdredhur, ose “twistronics”.

Por pavarësisht se sa i thjeshtë është grafeni në një farë mënyre, doli të jetë disi e vështirë të studiohet se si mund të superpërcjell kur grumbullohet në këto fletë të përdredhura. Për shembull, shkencëtarët duan të rrotullojnë fletët në hapa të vegjël dhe të shohin se çfarë ndodh me vetitë çdo herë; por fletët e grafenit priren të ngjiten me njëra-tjetrën dhe do të grisen nëse lëvizen.

Laboratori i Chin dhe grupi Shanxi kishin projektuar më parë mënyra për të replikuar materiale kuantike të komplikuara duke përdorur atome dhe lazer të ftohur në mënyrë që ta bënin më të lehtë studimin – kështu që ata menduan se mund të bënin të njëjtën gjë për sistemin e dyshtresor të përdredhur.

Duke punuar me studiues në Universitetin Shanxi, ekipi krijoi një mënyrë inovative për të “simuluar” këto grila të përdredhura.

Ata morën atomet e një elementi të quajtur rubidium, i ftohën dhe përdorën lazer për t’i organizuar në dy grila, njëra mbi tjetrën. Më pas, për të ndihmuar dy rrjetat të ndërveprojnë me njëra-tjetrën, shkencëtarët aplikuan mikrovalë.

Ky kombinim bëri mashtrimin. Materiali shfaq “superfluiditet” – një veti e ngjashme me superpërçueshmërinë, në të cilën grimcat mund të rrjedhin nëpër të pa u ngadalësuar nga fërkimi. Duke përdorur sistemin, studiuesit vëzhguan një formë të re të superfluidit në atome, falë aftësisë për të rregulluar këndin e rrotullimit të dy grilave.

Duke ndryshuar fuqinë e mikrovalës, shkencëtarët zbuluan se ata mund të kontrollonin se sa fort ndërveprojnë dy rrjetat. Ndërkohë, ata mund të rrotullonin lehtësisht dy grilat me lazer.

“Kjo e bën atë një sistem shumë fleksibël,” tha Chin. “Për shembull, disa njerëz kanë dashur të eksplorojnë lëvizjen përtej dy shtresave në tre apo edhe katër. Kjo do të ishte e lehtë të bëhej me konfigurimin tonë.”

Duke përdorur konfigurimin e ri për të eksploruar këto rrjeta dyshtresore të përdredhura, shkencëtarët shpresojnë të mundësojnë zbulime për materiale të reja për elektronikë ose mënyra për të kontrolluar informacionin në teknologjinë kuantike.