Izjemno odkritje slovenskih znanstvenikov

LJUBLJANA – Raziskovalci Instituta Jožef Stefan (IJS) pod vodstvom Dragana Mihailovića so odkrili povsem novo zvrst snovi, ki je ni možno razumeti z obstoječo fiziko in odpira povsem novo področje. Gre za odkritje nove oblike materije, saj za osnovne delce tovrstni pojavi še niso bili znani, o odkritju pa danes poroča znanstvena revija Nature Materials. Med poskusi, namenjenimi ustvarjanju novih oblik kvantnih materialov pod močno neravnovesnimi pogoji v kristalu tantalovega disulfida, je skupina raziskovalcev na IJS s kratkimi laserskimi sunki ustvarila nenavadno gosto amorfno elektronsko snov, v kateri se zaradi medsebojnih interakcij elektroni zagozdijo, so sporočili z IJS.

Odkritje spada na področje kvantne fizike in je po njihovem mnenju fundamentalno pomembno, saj odpira novo področje. Razumevanje pojava predstavlja nov velik izziv za današnjo kvantno fiziko. Pojav zagozdenja elektronov lahko nastane vsepovsod tam, kjer imamo opravka s hitro kompresijo osnovnih delcev pri velikih gostotah, na primer v jedrih ali v nevtronskih zvezdah. Ima tudi potencialno uporabo, saj je pojav možno kontrolirati, ob njem pa se močno spremeni električna upornost snovi.

Tri leta od odkritja do potrditve

Pojav je skupina osmih fizikov pod vodstvom Mihailovića odkrila med raziskavami leta 2016; skupina je potem potrebovala tri leta, da je lahko pojav okarakterizirala in eksperimentalno potrdila. Hkrati je bilo treba vsaj delno poskusiti poiskati tudi teoretični model, kar pa je bolj izpostavilo dejstvo, da novoodkrito stanje ne sodi v siceršnje razumevanje fizike in predstavlja nov izziv zunaj obstoječih okvirov kvantne fizike.

Novoodkriti pojav lahko pojmujemo kot zagozdenje elektronov, ki nastane v procesu, ko njihova gostota hitro narašča. Zaradi medsebojnega odboja se ukleščijo v stanje, v katerem so prepleteni z drugimi, prostimi elektroni. Kar je nenavadno pri omenjeni snovi, je, da se zagozdenje pojavi med elektroni, ki jih kvantna mehanika po navadi pojmuje kot valove.

Raziskovalcem je novo snov uspelo posneti s posebnim mikroskopom, katerega razvoj je trajal šest let, njegov obstoj pa je omogočilo sodelovanje med nemškim podjetjem Omicron in Nanocentrom ter IJS. Na začetku je bil financiran s sredstvi Centra odličnosti Nanocenter, po osnovnem zagonu pa so napravo v okviru ERC-projekta še nadgradili. Osnovni nizkotemperaturni mikroskop s štirimi konicami je edinstven, saj omogoča opazovanje neravnovesnih stanj, ustvarjenih z močnimi laserskimi žarki. Mikroskop pa ne omogoča le meritev položaja posameznih elektronov, ampak tudi njihovo gibanje, porazdelitev hitrosti in tudi istočasno meritev klasične električne upornosti samega materiala, v katerem pojav opazujemo. Podjetje Omicron je po vzoru te naprave izdelalo še nekaj podobnih, vendar pa za zdaj nobena od teh še nima možnosti meritev v kombinaciji z lasersko spektroskopijo, kar ostaja unikat v Sloveniji. Nadaljevanje dela zdaj financira projekt Javne agencije za raziskovalno dejavnost RS.

Odkritje je v celoti plod slovenske raziskovalne skupine. Od njene prve objave na tem področju leta 2014 v reviji Science so sorodne raziskave pričele številne raziskovalne skupine po svetu, ameriško obrambno ministrstvo pa je na osnovi objave skupine razpisalo razpis za raziskave na novonastalem področju.