Slovenska raziskovalca razkrila nov nenavaden kvantni efekt

Efekt bi lahko imel tudi potencialno uporabo, na primer za razvoj posebnih senzorjev

Raziskovalca z Instituta Jožef Stefan (IJS) sta skupaj s kolegi iz Italije in Nemčije razkrila nenavaden kvantni efekt, v katerem se lastnosti kvantnega materiala tantala disulfida močno spremenijo, če se ga vstavi v votlino s hlajenimi zrcali. Novi nenavaden efekt bi lahko imel tudi potencialno uporabo, na primer za razvoj posebnih senzorjev.

Kvantni materiali imajo lastnost, da njihove makroskopske lastnosti izhajajo iz kvantnih mikroskopskih pojavov in jih ne moremo razumeti zgolj s pomočjo klasične fizike in kemije, so v sporočilu za javnost napisali pri IJS. Kot so navedli, se včasih obnašajo povsem v nasprotju z intuicijo. Predvsem tantal disulfid je predmet raziskovanja že zadnjih 30 let, njegove nenavadne lastnosti, kot je na primer prehod iz kovine v izolator, pa so pritegnile še večjo pozornost v zadnjih devetih letih prav po zaslugi raziskav na IJS.

Raziskovalci so zasnovo eksperimenta pripravili že pred leti, ko so za njegovo izvedbo posebej sintetizirali ustrezno velike kristale. Material je sintetizirala Petra Šutar z IJS. Po eksperimentalnih rezultatih so o njih razpravljali dve leti, bolj podrobno pa na lanski mednarodni delavnici o neravnovesnih kvantnih pojavih v Sloveniji.

Po prvih analiziranih rezultatih sta se vodja odseka za kompleksne snovi na IJS Dragan Mihailović in sodelavec odseka za teoretično fiziko Peter Prelovšek vključila v teoretično in eksperimentalno razpravo o eksperimentu in možnih razlagah. V članku, ki je pravkar izšel v prestižni znanstveni reviji Nature, sta skupaj z avtorji iz Italije in Nemčije pod vodstvom Daniela Faustija z Univerze v Trstu in Erlangnu ter z njegovim študentom Giacomom Jarcem razkrila nenavaden kvantni efekt, v katerem se lastnosti kvantnega materiala tantala disulfida močno spremenijo, če ga vstavimo v votlino s hlajenimi zrcali.

Kot je za STA pojasnil Mihailović, so za izhodišče eksperimenta vzeli pojav tako imenovane fluktuacije vakuuma, ki označuje začasne naključne spremembe količine energije v točki v prostoru. V eksperimentu so z zrcali ustvarili geometrijsko omejen vakuum, s čimer so omejili tudi razsežnost teh energijskih motenj. Ko so med zrcala postavili kvantni material tantal disulfid, pa so opazili nenavadno veliko spremembo temperature prehoda med izolatorjem in kovino v kristalu.

"Pojav je nenavaden zato, ker material med eksperimentom ni v stiku z okolico, vpliv zrcal pa nakazuje na močno povezanost med elektroni v snovi in kvantnimi fluktuacijami elektromagnetnega polja v vakuumu, kar posledično spremeni temperaturo prehoda," so poudarili na IJS.

Da je uporabljeni kvantni material pokazal določeno občutljivost v eksperimentu, je po besedah Mihailovića izjemen uspeh. Novi nenavaden efekt pa bi lahko nenazadnje imel tudi potencialno uporabo, na primer za razvoj posebnih senzorjev.

Eksperiment odpira pot raziskavam novih kvantnih efektov in postavlja tantal disulfid v ospredje med zanimivimi kvantnimi materiali so še poudarili na IJS.