Твердые вещества, жидкости и газы являются основными состояниями вещества, с которыми большинство людей взаимодействуют в повседневной жизни. Хотя это и не так легко, вы можете даже добавить в список плазмы, учитывая, что вы можете создать ее в своей микроволновой печи. Тем не менее, эти четыре обычно встречающиеся формы далеки от широкого спектра странных состояний материи, которые существуют. Материя не поддается всем общим правилам и логике, когда вы возитесь с веществами на квантовом уровне.
Открытия в области физики конденсированного вещества дали миру справедливую долю уникальных материалов, таких как суперфлюиды, сверхпроводники, суперсеролиды и многое другое. Последнее дополнение к этому списку пришло, когда исследователи в Национальном исследовательском совете Италии создали суперзсолидный свет, запустив лазер в полупроводнике. Полученный материал демонстрировал необычайные свойства, такие как поток без трения в твердой структуре. Supersolid Light имеет некоторые серьезные преимущества по сравнению с предыдущими сгущенными материалами, что означает, что он может революционизировать область квантовых вычислений, искусственного интеллекта, хранения данных и многого другого.
Путешествие к созданию сверхсерзолидного света
Помимо четырех штатов материи, упомянутых ранее, пятое вещество, известное как Бозе-Эйнштейн-конденсат (BEC), было предсказано еще в 1924 году Альбертом Эйнштейном и Сатьендрой Нараян Бозе. Только в 1995 году ученые могли на самом деле создать BEC в лаборатории, охлаждая атомы Rubidium почти до нуля Кельвина. При охлаждении до такой экстремальной температуры некогда различимых атомов рубидия конденсируется, чтобы создать супер атом, который можно наблюдать под микроскопом.
Тем не менее, ученые уже видели, как такие низкие температуры могут привести к странным явлениям. В 1938 году ученые обнаружили, что охлаждающий гелий 4 до 2,17 келвинов полностью преобразовал свои свойства, что сделало его сверхтечь. Суперфлюда показал нулевую вязкость и проскользнул через контейнер, который идеально удерживал бы его при нормальных температурах.
Следующее большое открытие произошло, когда ученые обнаружили, что охлаждающие атомы для даже более низких температур могут привести к тому, что они выровняются в некристаллическое твердое вещество, как суперзсолид. Эти материалы показали без трения свойств суперфлюидов, действуя как твердый. Лаборатория холодного атома НАСА также экспериментирует с конденсированными материалами на международной космической станции.
Несмотря на интригующие ученые в течение десятилетий, эти материалы могут быть созданы только при экстремальных температурах, что затрудняет их исследование. Однако последнее суперзсолидное свет может быть синтезирован с использованием света (все предыдущие суперзсолиды использовали охлаждаемые атомы в прошлом). Это еще одна причина, по которой последнее открытие этого нового материала является огромным подвигом, который может открыть новые возможности исследований.
Эксперимент, который создал суперзсолидный свет
Команда в Национальном исследовательском совете Италии прошла принципиально иной путь, чем все предыдущие эксперименты, которые включали атомы охлаждения до чрезвычайно низких температур. Скорее, они выстрелили лазером в структуре арсенида галлия с несколькими микроскопическими хребтами. Падающий свет создает квазичастицу (образованную взаимодействием фотонов с полупроводником), известной как поляритоны. Затем хребты действуют как микроскопические стены в лабиринте, чтобы заставить эти квазичастицы формировать суперзсолид.
Полученные материалы отображались свойства, аналогичные ранее синтезированным суперзсолидам, таким как нулевая вязкость и поведение с твердым, подтверждая создание сверхсерзолидного света. С вновь синтезированным материалом относительно легче работать, поскольку исследование предыдущих суперсеролидов требовало обработки охлажденных атомов. Новый материал может облегчить исследование квантовых частиц, а также может изменить то, как мы храним и трансформируем информацию.
Исследование для использования сверхсерзолидного света для создания лучших и больших нейронных сетей уже проводится. Учитывая, что нейронные сети являются неотъемлемой частью искусственного интеллекта, новый материал имеет потенциал для создания более сложных моделей ИИ. Другое исследование рассматривает возможность использования поляритонов на компьютерных чипах для создания более быстрых и гораздо более энергоэффективных процессоров, чем самые мощные процессоры, доступные сегодня.
