In een recent gepubliceerd open access paper in het tijdschrift Natuurwetenschappelijke rapporten , wetenschappers rapporteerden de waarneming van een condensaat op kamertemperatuur van optische fononen, een Bose-Einstein (B-E) condensaat genoemd.

"We hebben dit B-E-condensaat niet in ons model voorspeld. Dit is een absoluut nieuwe waarneming, " zei Alexander "Sasha" Balatsky van het Los Alamos National Laboratory, een co-auteur op het papier met een onderzoeksteam van Air Force Research Laboratory, De Staatsuniversiteit van Pennsylvania, Los Alamos National Laboratory en het Nordita Center for Quantum Materials, KTH Royal Institute of Technology en de Universiteit van Stockholm.

De nieuwe stof kan nuttig zijn voor op fononen gebaseerde kwantumcomputers, en het kan ook licht werpen op de voorwaarden die nodig zijn om biologische Fröhlich-condensaten van collectieve modi te vormen.

Bose-Einstein-condensatie (BEC) is een fascinerend fenomeen, een die het resultaat is van kwantumstatistieken voor identieke deeltjes met een geheeltallige spin, bosonen genoemd. Soms aangeduid als de vijfde toestand van de materie, het werd oorspronkelijk voorspeld in 1924 door Albert Einstein en Satyendra Nath Bose. In een BEC, materie gedraagt ​​zich niet langer als onafhankelijke deeltjes, en stort in tot een enkele kwantumtoestand die kan worden beschreven met een enkele golffunctie. Gewoonlijk treedt dit fenomeen op voor verdunde atomaire dampen en alleen bij extreem lage temperaturen.

BEC omvat de vorming van een collectieve kwantumtoestand als de deeltjesdichtheid een kritische waarde overschrijdt. Voor quasi-deeltjes, zoals fononen of magnonen, BEC kan optreden bij verhoogde temperaturen, en eventueel ook bij kamertemperatuur, zoals te zien is in dit experiment, omdat hun dichtheid toeneemt met de temperatuur.

Voor observatie van dit fenomeen, de onderzoekers gebruikten atomair dunne vellen wolfraamdiselenide, een tweedimensionale halfgeleider, die werd ondersteund door een kleine dichtheid van moleculen, als een dun membraan op geïsoleerde pilaren.

Met behulp van kwantumtunneling van elektronen in trillende oppervlakte-atomen, fononcondensaatoscillaties werden waargenomen op atomaire schaal. "De condensaatdruppels gevormd in de 2-D monolaag van WSe2, " zei Igor Altfeder, van het Air Force Research Laboratory (AFRL/UTC), hoofdwetenschapper over het project "De moleculaire pijlers vergemakkelijken de aanmaak van condensaat in WSe2 door middel van het verbeteren van fonon-fonon-interacties."

Het condensaat werd waargenomen met behulp van een scanning tunneling microscoop, en het verscheen in de vorm van kleine druppeltjes, waarvan de straal enkele nanometers is, ontwikkelen rond de ondersteunende moleculaire pijlers. De auteurs leggen uit dat elke pijler fungeert als een synchronisatiemiddel en ervoor zorgt dat de fononen in de atoomplaat van wolfraamdiselenide hun oscillatiefasen synchroniseren, in een nauwe analogie met de synchronisatie van meerdere atoomklokken, waardoor het BEC ontstaat.