De ontdekking van supergeleiding en de experimentele realisatie ervan zijn twee van de belangrijkste vorderingen in de natuurkunde en techniek van de afgelopen eeuw. Hoe dan ook, hun statistische en dynamische kenmerken moeten nog volledig worden begrepen. Een team van onderzoekers van het Center for Theoretical Physics of Complex Systems, binnen het Instituut voor Basiswetenschappen (IBS, Zuid-Korea), heeft het energiegedrag van chaotische netwerken van supergeleidende elementen (korrels) gemodelleerd, gescheiden door niet-supergeleidende verbindingen, en ontdekte een aantal onverwachte statistische eigenschappen op lange, maar nog steeds eindige tijdschalen. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

Een aantal pioniersontdekkingen in statistische mechanica kwamen voort uit het in twijfel trekken van de toepasbaarheid van abstracte kernconcepten op fysieke systemen en experimentele apparaten. Een opmerkelijk voorbeeld is de ergodische hypothese, die ervan uitgaat dat in de loop van de tijd, een systeem bezoekt bijna elke beschikbare microtoestand van de faseruimte, en dat het oneindige tijdsgemiddelde van elke meetbare grootheid van het systeem overeenkomt met het faseruimtegemiddelde. Kortom, dit is de reden waarom ijs smelt in een pan met water. En dat gaat sneller als het water heter is. Wetenschappers hebben manieren bedacht om de geldigheid of het falen van de ergodische hypothese te verifiëren op basis van eindige-tijdmetingen.

Onder leiding van Sergej Flach, de IBS-onderzoekers ontwikkelden een efficiënte methode om nauwkeurige schattingen van de tijdschalen voor ergodiciteit (bedachte ergodisatietijd) te extraheren. Deze methode is hiermee met succes toegepast op klassieke netwerken van supergeleidende korrels die zwak gekoppeld zijn door Josephson-juncties.

Het team ontdekte dat in deze netwerken, de tijdschaal van ergodisatie wordt snel enorm, hoewel het eindig blijft, bij het verhogen van de systeemtemperatuur. In plaats daarvan, de tijdschalen die nodig zijn voor de ontwikkeling van chaotiek blijven praktisch onveranderd met betrekking tot de ergodisatie. Dit is zeer verrassend, aangezien ergodiciteit onlosmakelijk verbonden is met chaos, en hun respectieve tijdschalen moeten ook strikt gerelateerd zijn. Wat het ijs betreft, het betekent dat hoe heter het water wordt, hoe langer het duurt voordat de ijsblokjes smelten. IBS-onderzoekers toonden numeriek aan dat hogere temperatuurschommelingen hun eigen meanderen door het systeem sterk belemmeren. Dus, een langzamer en langzamer proces vertraagt ​​drastisch de ergodisering van het systeem. Het team heeft deze ontdekking bestempeld als 'dynamisch glas'.

"Bij het verhogen van de temperatuur, onze studies ontrafelden de opkomst van rondzwervende chaotische plekken tussen bevroren en schijnbaar inerte gebieden. Uit deze fragmentatie volgt de naam dynamisch glas, zoals het woord 'dynamisch' de snelle ontwikkeling van chaos suggereert, terwijl het woord 'glas' verwijst naar verschijnselen waarvoor een extreem lange maar eindige tijdschaal nodig is, " legt Carlo Danieli uit, een lid van het team.

Het begrip van het mechanisme en de noodzakelijke tijdschalen voor de ontwikkeling van ergodiciteit en chaoticiteit vormen de kern van een groot aantal recente vorderingen in de fysica van de gecondenseerde materie. Het team verwacht dat dit de weg vrijmaakt om verschillende onopgeloste problemen in veel lichaamssystemen te beoordelen, van afwijkende warmtegeleiding tot thermalisatie.

De onderzoekers verwachten ook dat het waargenomen dynamische glas een generieke eigenschap is van netwerken van supergeleidende korrels via Josephson-koppeling, ongeacht hun ruimtelijke dimensionaliteit. Verder, er wordt verondersteld dat een brede reeks zwak niet-integreerbare veellichamensystemen in dynamische glazen veranderen als ze specifieke temperatuurregimes naderen. Een even charmante als uitdagende taak is het streven van het team om het bestaan ​​van een dynamisch glas in quantum veellichamensystemen aan te tonen, en de verbinding tot stand brengen met lokalisatieverschijnselen van vele lichamen.

Flach zegt, "We verwachten dat deze bevindingen een nieuwe locatie openen om fenomenen te beoordelen en te begrijpen die verband houden met de lokalisatie van veel lichamen en glazigheid in een groot aantal zwak niet-integreerbare veellichamensystemen."