Вчені з теоретичного відділу Інституту структури і динаміки речовини ім.Макса Планка (MPSD) в Гамбурзі (Німеччина) показали за допомогою теоретичних розрахунків і комп'ютерного моделювання, що силою між електронами і спотвореннями решітки в атомарно тонкому почесному надпровіднику можна керувати за допомогою віртуальних фотонів. Це може допомогти в розробці нових надпровідників для енергозберігаючих пристроїв і багатьох інших технічних додатків.
Вакуум не зовсім порожній. Це може звучати дивно для людей, але проблема зайняла фізиків з моменту народження квантової механіки. Пустота, що здається, безперервно «бульбашкується» і виробляє світлові коливання навіть при абсолютній нульовій температурі. У якомусь сенсі ці віртуальні фотони просто чекають свого використання. Вони можуть переносити сили і змінювати властивості матерії.
Відомо, що сила вакууму створює ефект Казимира. Коли ви переміщуєте дві паралельні металеві пластини конденсатора дуже близько один до одного, вони відчувають мікроскопічно невелике, але вимірюване тяжіння між собою, навіть якщо пластини не електрично заряджені. Це тяжіння створюється шляхом обміну віртуальними фотонами між пластинами, як і дві людини, які кидають м'яч один одному і піддаються віддачі. Якби м'яч був невидимий, можна було б припустити, що між ними діє відштовхувальна сила.
Команда вчених з MPSD опублікувала дослідження у виданні Science Advances, яке показує зв'язок між силою вакууму і найсучаснішими матеріалами. Зокрема, вони досліджують питання про те, що станеться, якщо кепський високотемпceний надпровідник селенід заліза (FeSe) на підкладці SrTiO3 розташований у проміжку між двома металевими пластинами, де віртуальні фотони літають туди і назад.
Результат їх теорій і моделювання такий: сила вакууму дозволяє зв'язати швидкі електрони в двомірному шарі сильніше з коливаннями решітки підкладки, які гойдаються перпендикулярно двомірному шару. Зв'язок надпровідних електронів і коливань кристалічної решітки є центральним будівельним блоком для важливих властивостей багатьох матеріалів.
"Ми тільки починаємо розуміти ці процеси, - кажуть вчені. "Наприклад, ми точно не знаємо, наскільки сильний вплив вакуумного світла буде на коливання поверхні. Ми говоримо про квазічастинки світла і фонони, так звані фононні поляритони ". У тривимірних ізоляторах фононні поляритони вимірювалися лазерами десятиліття тому. Однак це нова наукова територія, де йдеться про складні нові двомірні квантові матеріали. «Звичайно, ми сподіваємося, що наша робота спонукатиме колег-експериментаторів перевірити наші прогнози».
Директор теорії MPSD Ангел Рубіо в захваті від цих нових можливостей: "Теорії і чисельне моделювання в нашому відділі є ключовим елементом у всьому новому поколінні потенційних технологічних розробок. Ще більш важливо, що це спонукатиме дослідників переглянути старі проблеми, пов'язані із взаємодією між світлом і структурою речовини ".
Рубіо дуже оптимістично ставиться до ролі фундаментальних досліджень у цій галузі. «Разом з експериментальним прогресом, наприклад, у контрольованій продукції і точному вимірі атомних структур та їх електронних властивостей, ми з нетерпінням чекаємо великих відкриттів». На його думку, вчені ось-ось вступлять в нову еру атомарного проектування функціональних можливостей хімічних сполук, зокрема, в почесних матеріалах і складних молекулах.