Μια διεθνής ομάδα φυσικών με επικεφαλής τον Lu Li από το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν έκανε μια ανακάλυψη τόσο παράξενη όσο και θεμελιώδη, η οποία δημοσιεύθηκε στο Physical Review Letters. Η μελέτη εστιάζει σε ένα φαινόμενο που σχετίζεται με τις κβαντικές ταλαντώσεις, αποκαλύπτοντας στοιχεία για αυτό που ο Li αποκαλεί «νέα δυαδικότητα» στη συμπεριφορά των υλικών.
Ανακάλυψη μέσα από ένα από τα ισχυρότερα μαγνητικά πεδία στη Γη
Ο Lu Li και οι συνεργάτες του εργάστηκαν στο Εθνικό Εργαστήριο Ισχυρών Μαγνητικών Πεδίων των ΗΠΑ, το μεγαλύτερο και πιο ισχυρό μαγνητικό εργαστήριο στον κόσμο. Εκεί, εφάρμοσαν μαγνητικά πεδία έως και 35 Tesla – περίπου 35 φορές ισχυρότερα από αυτά που βρίσκονται μέσα σε μια μηχανή MRI – για να μελετήσουν ένα υλικό που ονομάζεται βορίδιο του υττερβίου (YbB₁₂).
Οι κβαντικές ταλαντώσεις είναι γνωστές από τη μελέτη των μετάλλων, όπου τα ηλεκτρόνια συμπεριφέρονται σαν ελατήρια που πάλλονται υπό την επίδραση ενός μαγνητικού πεδίου. Όμως, τα τελευταία χρόνια, επιστήμονες έχουν εντοπίσει παρόμοιες ταλαντώσεις ακόμη και σε μονωτές, δηλαδή σε υλικά που δεν αγωγούν ηλεκτρισμό ή θερμότητα. Αυτό δημιούργησε ένα θεμελιώδες ερώτημα: προέρχονται αυτές οι ταλαντώσεις μόνο από την επιφάνεια του υλικού, ή είναι ένα φαινόμενο του εσωτερικού του όγκου;
Η απάντηση ανατρέπει την κοινή εικόνα
Η ομάδα του Li διαπίστωσε ότι οι ταλαντώσεις προέρχονται από το bulk του υλικού, δηλαδή από το εσωτερικό του. «Αποδεικνύουμε ότι η απλοϊκή εικόνα μιας αγώγιμης επιφάνειας που μπορεί να αξιοποιηθεί σε ηλεκτρονικές εφαρμογές είναι λανθασμένη», εξήγησε ο Li. «Ολόκληρη η ένωση συμπεριφέρεται σαν μέταλλο, παρότι είναι μονωτής.»
Αυτό το φαινόμενο εμφανίζεται μόνο σε εξαιρετικά ισχυρά πεδία, κάτι που καθιστά δύσκολη την άμεση τεχνολογική αξιοποίησή του.
«Θα ήθελα να πω ότι έχει κάποια εφαρμογή, αλλά κάθε νέα ανακάλυψη μάς απομακρύνει λίγο περισσότερο από αυτό το όνειρο. Ωστόσο, είναι κάτι εξαιρετικά συναρπαστικό.»
Η έννοια της «νέας δυαδικότητας»
Ο Li προτείνει τον όρο «νέα δυαδικότητα» για να περιγράψει την ικανότητα ενός υλικού να συμπεριφέρεται ταυτόχρονα ως αγωγός και μονωτής. Στην «παλιά» δυαδικότητα της κβαντομηχανικής, φως και ύλη θεωρούνται ταυτόχρονα σωματίδια και κύματα – μια αρχή που θεμελίωσε τεχνολογίες όπως τα φωτοβολταϊκά και τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια. Η νέα αυτή δυαδικότητα ανοίγει θεωρητικά νέους δρόμους στη φυσική στερεάς κατάστασης και στα τοπολογικά υλικά.
Ανοιχτά ερωτήματα και επόμενα βήματα
Αν και η εφαρμογή του φαινομένου φαίνεται ακόμη μακρινή, τα αποτελέσματα προσφέρουν πολύτιμα δεδομένα για την κατανόηση της κβαντικής συμπεριφοράς της ύλης. «Δεν γνωρίζουμε ακόμη ποια ουδέτερα σωματίδια προκαλούν αυτή την παρατήρηση», δήλωσε ο ερευνητής Yuan Zhu. «Ελπίζουμε τα ευρήματά μας να εμπνεύσουν νέες θεωρητικές και πειραματικές προσεγγίσεις.»
Η έρευνα του Li και των συνεργατών του επεκτείνει τα όρια της γνώσης μας για τη φύση της αγωγιμότητας και της μόνωσης σε ακραίες συνθήκες, επιβεβαιώνοντας ότι η φυσική εξακολουθεί να επιφυλάσσει φαινόμενα που αψηφούν τη διαισθητική λογική.
Περισσότερες πληροφορίες: Kuan-Wen Chen et al, Κβαντικές ταλαντώσεις στη θερμοχωρητικότητα του μονωτή Kondo YbB 12 , Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/ms3x-pjsk . Στο arXiv : DOI: 10.48550/arxiv.2501.07471
Πληροφορίες περιοδικού: arXiv , Physical Review Letters
Παρέχεται από το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν
