O ile w zwykłym krysztale to poszczególne atomy zajmują swoje miejsce względem innych atomów i w nich pozostają, to w przypadku tego jednego dotyczy to także elektronów.
Do odkrycia tego nietypowego materiału, w którym teoretycznie elektrony nie są w stanie się poruszać, doszło w ramach programu, w którym fizycy poszukiwali nowatorskich materiałów mogących przyjmować nietypowe nowe stany skupienia materii.
Naukowcy z Uniwersytetu Rice odpowiedzialni za odkrycie materiału, w którym swobodne elektrony nie przemieszczają się swobodnie, a pozostają w miejscu, wskazują, że podobne zachowanie obserwowano już w innych materiałach (dwuwymiarowe sieci matrycy Kagome). Wtedy jednak elektrony nie pozostawały w tym samym miejscu, ale ich ruch był ograniczony do jednej płaszczyzny. Teraz jednak sytuacja jest dużo bardziej skomplikowana, bowiem nietypowe zachowanie elektronów dotyczy wszystkich trzech wymiarów przestrzennych. Potencjalnie jest to niezwykle ciekawe odkrycie, bowiem może doprowadzić do sytuacji, w której fizycy i chemicy zyskają zupełnie nowe możliwości badania tych nieuchwytnych cząstek.
Czytaj także: Ten nadprzewodnik może zrewolucjonizować elektronikę, a inspiracja do jego stworzenia płynie z zaskakującego miejsca
Mówiąc o badaniu, czy kontrolowaniu elektronów warto przywołać nadprzewodniki, czyli materiały, które w odpowiednich warunkach sprawiają, że elektrony płyną w nich całkowicie bez oporu. Choć fizycy na całym świecie starają się odkryć nadprzewodniki działające w temperaturze pokojowej i ciśnieniu otoczenia, to jednak jak na razie ich wysiłki nie przyniosły żadnych rezultatów. Siłą rzeczy, póki co musimy ograniczyć się do materiałów, które zyskują właściwość nadprzewodnictwa w bardzo niskich temperaturach bliski zera absolutnego. To dopiero w tych warunkach falowa natura elektronów daje się ujarzmić, dzięki czemu łączą się one ze sobą w procesie splątania kwantowego i zyskują możliwość przenikania przez ciała stałe bez strat energii.
Co więcej, naukowcy są w stanie zarządzać ruchem elektronów, ustawiając precyzyjnie obok siebie pierwiastki, w taki sposób, że między nimi powstają swoiste skrzyżowania ze światłami, które regulują ruch tychże elektronów.
Pracując z minerałami złożonymi z miedzi, wanadu i siarki, fizycy z Rice University stworzyli pirochlor, którego geometria sprawia, że swobodne elektrony trafiają w miejsca, z których nie są w stanie się wydostać. Autorzy artykułu opisującego odkrycie porównują te miejsca do punktów, w których fale rozchodzące się po powierzchni jeziora zderzają się ze sobą czołowo. W takim miejscu zwykle powstaje fala stojąca, która się nie przemieszcza. Także i tutaj dochodzi do interferencji destruktywnej, w której zderzające się ze sobą fale elektronów wzajemnie się wygaszają.
Czytaj także: Nadprzewodnictwo zadziałało w sposób przeczący logice. Nowe ustalenia całkowicie zaburzają rozumienie tego zjawiska
Analizując materiał metodami spektroskopii fotoemisyjnej, badacze wykazali, że energia i pęd elektronów w trójwymiarowej matrycy pirochloru nie zależą jedno od drugiego, jak to ma zwykle miejsce. Odkrycie to z jednej strony jest zaskakujące, a z drugiej strony stanowi dla fizyków przypadek, z którego być może będzie można wyciągnąć nowe informacje, które mogą stać się przydatne w poszukiwaniach nadprzewodników w temperaturze pokojowej. Jakby nie patrzeć, udało się zaobserwować coś, czego wcześniej nikt nie widział. Oto w trójwymiarowej sieci matrycy kryształu udało się zaobserwować miejsca, w których występuje płaskie pasmo złożone ze wzajemnie znoszących się fal.
