Przełom w fizyce! Naukowcy uchwycili drgania atomów

Innowacyjna technika pokazuje niewidzialny dotąd ruch

Zespół badawczy, na czele którego stanął Yichao Zhang postawił na nowatorską technikę obrazowania. Fizycy określają ją mianem ptychografii elektronowej. Metoda ta osiągnęła bezprecedensową rozdzielczość poniżej 15 pikometrów. Jak informuje Interesting Engineering, czułość aparatury pozwoliła wychwycić nawet niewielkie rozmycie pojedynczych atomów wywołane drganiami cieplnymi. Dzięki temu naukowcy zyskali wgląd w pierwsze mikroskopowe obrazy niewielkich, zsynchronizowanych wibracji w skręconych materiałach dwuwymiarowych. Sami zainteresowani porównują ten wyczyn do odkrywania ukrytego języka ruchu atomowego.

Czytaj też: Fizycy poznali nową magiczną liczbę! Na czym polega?

Autorzy tych przełomowych doniesień mówią o czymś, co nazywają fazonami moiré**.** Do tej pory ich istnienie miało jedynie teoretyczny charakter i wynikało z rezultatów prowadzonych symulacji. Modele są jednak dalekie od świata rzeczywistego. Naukowcy chcieli fizycznych dowodów na to, że takie drgania faktycznie występują. Jak zapowiedzieli, tak zrobili, a eksperymenty dostarczyły upragnionych informacji. Odnotowane w ich ramach obserwacje ukazały przestrzenne drgania, które pojawiają się, gdy dwie warstwy atomowe są minimalnie obrócone względem siebie. W takich właśnie okolicznościach zaczęły występować wibracje termiczne skręconych struktur dwuwymiarowych. Dwa szczególne obszary okazały się cechować najwyższą amplitudą drgań, dlatego fizycy zamierzają prowadzić dalsze badania w tym zakresie.

A skąd w ogóle wzięło się zainteresowanie materiałami dwuwymiarowymi? Kluczowa okazuje się w tym przypadku mnogość potencjalnych zastosowań. Materiały o grubości zaledwie kilku atomów wykazują bowiem potencjał, który mógłby zostać wykorzystany na potrzeby projektowania urządzeń kwantowych i elektroniki na miarę XXI wieku. Ich niezwykłe właściwości fizyczne mogą utorować drogę do wielkich postępów, lecz wciąż mówimy o wczesnej fazie eksperymentów. Do praktycznych zastosowań wciąż potrzeba czasu.

Perspektywy dla nowych technologii

Odkrycie ma znaczenie praktyczne, ponieważ fazony moiré oddziałują na kluczowe aspekty materiałów, wśród których badacze wymieniają przewodność cieplną**,** nadprzewodnictwo w zaawansowanych układach, zachowania elektronów czy też atomową strukturę krystaliczną. W związku z tym, gdyby udało się przejąć kontrolę nad zarejestrowanymi drganiami, to fizycy zyskaliby w takich okolicznościach możliwość projektowania urządzeń o precyzyjnie dobranych parametrach. Zdaniem naukowców z Maryland mogłoby to przyspieszyć rozwój komputerów kwantowych, energooszczędnych procesorów czy czujników działających w nanoskali. Zespół Zhanga zamierza teraz sprawdzić wpływ defektów materiałowych i granic międzyfazowych na drgania termiczne.

Czytaj też: Niezwykły izotop glinu łamie zasady fizyki. Naukowcy odkryli coś, czego nie przewidziały modele teoretyczne

To ważny krok w kierunku tworzenia struktur o niestandardowych właściwościach cieplnych, elektrycznych i optycznych. Nowa technika obrazowania daje narzędzia do badania dotąd niedostępnego obszaru fizyki, co może istotnie przyspieszyć prace nad dwuwymiarowymi materiałami kwantowymi. Jeśli zaś chodzi o przyszłość badań w tej dziedzinie, to fizycy z pewnością będą je kontynuowali. Ich ostatnie dokonania można uznać za rewolucyjne i potencjalnie przełomowe w poznawaniu sekretów świata istniejącego w nanoskali. Możliwość kontroli drgań atomowych otwiera ciekawe perspektywy, jednak będzie potrzeba sporej dozy cierpliwości. Ta będzie wymagana, jeśli naukowcy na poważnie traktują zapowiedzi o praktycznym wykorzystaniu tego, co udało im się uwiecznić.