Een team van onderzoekers van het Institut für Laserphysik, Universität Hamburg, heeft bewijs gevonden van superfluïditeit in een extreem koud 2D-gas van fermionen. In hun artikel gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap , de groep beschrijft hun werk met een 2D Fermi-gas en wat ze ervan geleerd hebben.

Een van de grote uitdagingen in de natuurkunde is het begrijpen van de factoren die een rol spelen bij supergeleiders die bij hoge temperaturen werken. Een benadering om dat doel te bereiken, is het bestuderen van superfluïditeit in materialen. Superfluïden zijn materialen die zonder viscositeit kunnen stromen, hoewel alleen bij snelheden die lager zijn dan hun kritische snelheid. In deze nieuwe poging de onderzoekers keken naar de mogelijkheid van een 2D Fermi-gas als superfluïde. Voorafgaand onderzoek heeft aangetoond dat 3D Fermi-gassen supervloeibare eigenschappen kunnen vertonen, en theorie heeft gesuggereerd dat 2D Fermi-gassen, ook, maar tot nu toe het was nooit aangetoond.

Het experiment en de demonstratie door het team in Duitsland begon toen de onderzoekers ongeveer 6, 000 lithium-6-ionen die een Fermi-gas creëren. Vervolgens gebruikten ze optische en magnetische apparatuur om het gas af te koelen tot bijna het absolute nulpunt - dit hield de ionen stevig op hun plaats. De onderzoekers creëerden vervolgens een "doos" voor de atomen door ze op te hangen in een rooster gemaakt met twee blauwe lasers. Hierdoor konden de atomen worden beperkt tot een 2D-configuratie. De onderzoekers dwongen het gas vervolgens door het rooster met behulp van dubbele rode laserstralen met behulp van een interferentiepatroon. Door de frequentie van de lasers te veranderen, konden de onderzoekers de snelheid variëren waarmee het gas door het rooster werd bewogen.

De onderzoekers testten vervolgens het gas in het rooster om te zien of het zonder viscositeit bewoog en zo ja, met welke snelheden. Het testen werd gedaan door de temperatuur in het rooster te controleren terwijl het gas bewoog - bij afwezigheid van viscositeit, er wordt geen warmte gegenereerd. Hun experimenten toonden aan dat het gas een superfluïde was en dat het in een fase overging naar een gewoon gas bij 35 nK - wat ze opmerken, is het eens met wat werd getheoretiseerd. Ze suggereren dat hun werk een weg voorwaarts heeft gecreëerd voor het bestuderen van superfluïditeit in 2D-fermionische materialen.

© 2021 Science X Network