Materiaalitieteen löytöjä

Viime aikoina on tehty paljon valon ja aineen välisten vuorovaikutuksien tutkimuksia.

Esimerkiksi Rice Universityn tutkijat tutkivat valo-aine vuorovaikutuksia nanoputkien kalvoissa ja löysivät polaritonien tuottamia epätavallisia pisteitä, joita voisi kenties käyttää informaation tallentamiseen ja yksiulotteisena laserina.

Onnistuneen työnsä jatkoksi Rice Universityn tutkijat päättivät etsiä valo-aine vuorovaikutuksien kaltaisia ilmiöitä myös aine-aine vuorovaikutuksista.

He eivät odottaneet löytävänsä sellaista kovinkaan pian mutta niin vain Rice fyysikko Junichiro Kono jatko-opiskelija Xinwei Li ja heidän kansainväliset kollegansa löysivät ensimmäisen esimerkin Dicke yhteistoiminnasta aine-aine järjestelmässä.

Löytö voisi auttaa ymmärtämään spintroniikkaa ja kvanttimagneettisuutta, toteaa Kono. Spintroniikan puolella se voi myötävaikuttaa spin-pohjaisen kvanttilaskennan kehittämiseen. Havainnot kvanttimagneettisuudesta johtavat syvempään ymmärrykseen aineen vaiheista, joita monimutkaiset vuorovaikutukset aiheuttavat atomitasolla.

Kuvassa havaittu Dicke yhteistoiminta magneettikiteessä, jossa raudan ja erbiumin spinit ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Raudan spinit (sin) ovat virittyneet muodostamaan spin aallon ja erbiumin spinit (pun) prekessioivat magneettikentässä (B) käyttäytyen kuin kaksitasoiset atomit.

"Vuorovaikutus, josta puhumme, on todella atomistinen", toteaa Junichiro Kono. "Osoitamme kahden tyyppistä spinien vuorovaikutusta yhdessä materiaalissa. Se on kvanttimekaaninen vuorovaikutus, eikä klassista mekaniikkaa, jota havaitsemme valo-aine kytkennässä. Tämä avaa uusia mahdollisuuksia paitsi ymmärtää mutta myös hallita ja ennakoida tiivistetyn aineen uudenlaisia vaiheita."

Penn Staten mekaniikkainsinöörien saavutus on puolestaan kuin suoraan tieteellisestä fiktiosta. Heidän kehittämä itsensä korjaava kalvo toimii käänteisenä suodattimena eli estää pienien hiukkasien läpimenon mutta antaa suurempien mennä läpi.

Kehitetty kalvo ei erota esineitä koon mukaan vaan reagoi kohteen kineettiseen energiaan ja suuremmalla kohteella on suurempi liike-energia. Lisäksi kalvo kiertyy läpimenevän esineen ympärille ja korjaa itsensä täysin sen kautta kulkevan esineen yläosassa.

Kalvo voisi toimia paitsi hiukkasesteinä, mutta itsekorjautuvat ominaisuudet mahdollistavat myös lääketieteellisten laitteiden kuten kirurgisten työkalujen läpikulkeutumisen samalla kun epäpuhtaudet eivät läpäise kalvoa.