Onderzoekers hebben bewijs gevonden voor een abnormale fase van materie waarvan werd voorspeld dat deze in de jaren zestig zou bestaan. Door gebruik te maken van de eigenschappen ervan zou de weg kunnen worden vrijgemaakt voor nieuwe technologieën die informatie kunnen delen zonder energieverlies. Deze resultaten worden gerapporteerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

Tijdens het onderzoeken van een kwantummateriaal, de onderzoekers van de Universiteit van Cambridge die de studie leidden, observeerden de aanwezigheid van onverwacht snelle energiegolven die door het materiaal kabbelden toen ze het blootstelden aan korte en intense laserpulsen. Ze waren in staat om deze waarnemingen te doen met behulp van een microscopisch kleine snelheidscamera die kleine en zeer snelle bewegingen kan volgen op een schaal die uitdagend is met veel andere technieken. Deze techniek tast het materiaal af met twee lichtpulsen:de eerste verstoort het en creëert golven - of oscillaties - die zich naar buiten voortplanten in concentrische cirkels, op dezelfde manier als het laten vallen van een steen in een vijver; de tweede lichtpuls maakt op verschillende momenten een momentopname van deze golven. Samengesteld, door deze beelden konden ze kijken hoe deze golven zich gedragen, en om hun 'snelheidslimiet' te begrijpen.

"Op kamertemperatuur, deze golven bewegen met een honderdste van de lichtsnelheid, veel sneller dan we van een normaal materiaal zouden verwachten. Maar als we naar hogere temperaturen gaan, het is alsof de vijver is bevroren, " legde eerste auteur Hope Bretscher uit, die dit onderzoek uitvoerde in het Cavendish Laboratory in Cambridge. "We zien deze golven helemaal niet wegtrekken van de rots. We hebben lang gezocht naar waarom dergelijk bizar gedrag kon optreden."

De enige verklaring die bij alle experimentele waarnemingen leek te passen, was dat de materiële gastheren, op kamertemperatuur, een 'excitonische isolator' fase van materie, die, hoewel theoretisch voorspeld, decennia lang aan detectie ontsnapt waren.

"In een excitonische isolator, de waargenomen energiegolven worden ondersteund door ladingsneutrale deeltjes die met elektronachtige snelheden kunnen bewegen. belangrijk, deze deeltjes zouden informatie kunnen transporteren zonder gehinderd te worden door de dissipatiemechanismen die, in de meest voorkomende materialen, beïnvloeden geladen deeltjes zoals elektronen, " zei Dr. Akshay Rao van het Cavendish Laboratory, die het onderzoek leidde. "Deze eigenschap zou een eenvoudiger route naar kamertemperatuur kunnen bieden, energiebesparende berekening dan die van supergeleiding."

Het Cambridge-team werkte vervolgens samen met theoretici over de hele wereld om een ​​model te ontwikkelen over hoe deze excitonische isolerende fase bestaat, en waarom deze golven zich zo gedragen.

"Theoretici voorspelden het bestaan ​​van deze abnormale fase decennia geleden, maar de experimentele uitdagingen om hiervan bewijs te zien, hebben ertoe geleid dat we nu pas eerder ontwikkelde kaders kunnen toepassen om een ​​beter beeld te krijgen van hoe het zich gedraagt ​​in een echt materiaal, " merkte Yuta Murakami op, van het Tokyo Institute of Technology, die meewerkten aan het onderzoek.

"De energieoverdracht zonder dissipatie daagt ons huidige begrip van transport in kwantummaterialen uit en opent de verbeeldingskracht van theoretici voor nieuwe manieren voor hun toekomstige manipulatie, " zei medewerker Denis Gole, van het Jozef Stefan Instituut en de Universiteit van Ljubljana.

"Dit werk brengt ons een stap dichter bij het realiseren van een aantal ongelooflijk energiezuinige toepassingen die deze eigenschap kunnen benutten, ook in computers, " concludeerde Dr. Rao.