Sciencemag.cz
Doporučujeme
Pokud elektrický teče proud měděným drátem, bude elektronům úplně jedno, zda se drát nějak ohne. Nebo jinak – vytvoříme-li nějakou „rozdvojku“, proud se bude řídit rozdílem napětí mezi jednotlivými konci, ne tím, jaká cesta vede přímo. Když totéž provedeme s vodou tekoucí pod tlakem nebo gravitací, do hry vstoupí ale také zákon zachování hybnosti.
Supratekuté helium je přirozeně divný stav hmoty, takže i elektrony v něm se mohou chovat jinak – právě to je ono „porušení Ohmova zákona“ uvedené v titulku. Denis Konstantinov z Okinawa Institute of Science and Technology a jeho kolegové uvádějí, že se pokusili vytvořit stav, kdy se dva běžně platné fyzikální zákony dostanou do kolize. V supratekutém heliu se elektrony pohybují kapalinou, navíc ne zrovna běžnou kapalinou, za teplot blízkých absolutní nule – takže to, že i ony se chovají divně, možná zase tak divné není (:-)).
V supratekutém heliu se údajně elektron zachytí v jakémsi důlku kapaliny a vytvoří tzv. ripplopolaron. Tato částice (kvazičástice) je obdobou polaronů. To je zase „obalený“ elektron v pevných látkách typu iontového krystalu; můžeme ho oproti klasickému elektronu popisovat jako těžší a pomalejší kvazičástici.
Ripplopolaron v kapalném heliu je také okolním médiem omezen. Kromě představy částice v důlku nabízí původní tisková zpráva další přirovnání – elektrony v supratekutém heliu mohou existovat pouze na hladině, nepotopí se. V tomto ohledu pak tedy vše funguje jako 2D materiál. Nakolik jdou přirovnání o důlku a hladině k sobě dohromady? Při větší hustotě elektronů a jejich pohybu na hladině totiž vznikají vlny („kapilární vlny“, praví původní tisková zpráva). Polarony se pak zachytí mezi vlnkami a vzniknou ony ripplopolarony (ripple = vlnka, čeření).
Konkrétní pokus fungoval tak, že příslušná vodivá struktura ve tvaru T byla ponořena do supratekutého helia. Vše v rozměrech mikrometrů. Samotný elektrický potenciál byl přitom nastaven tak, že pro elektrony byly obě cesty ekvivalentní. Obrázek ukazuje, jak tekla kapalina. Elektrony putovaly spolu s ní, také neměly tendenci se dělit – tedy protože nešlo o normální elektrony, ale ony ripplopolarony.
Nicméně příslušný jev fungoval pouze za určitých podmínek. Hustota elektronů musela být vysoká, vše záviselo i na teplotě („vyšší“ teplota jev narušovala, a to i když šlo stále o teplotu umožňující supratekutost helia). Navíc když byly elektrony vypuštěny zboku, v heliu se vůbec nevytvořily vlny, takže elektrony se pak opět chovaly normálně (a tekly jak nahoru, tak dolů, bez ohledu na tok kapaliny).
O aplikacích tohoto jevu lze sice uvažovat (tak např. tyto „elektrony“ by mohly představovat qubity, to aby to nebylo tak jednoduché), ale hlavní motivací pro tento výzkum bylo prostě pochopení netypických situací. Určitě si zde půjde hrát dále, i když samozřejmě pokud podobné jevy budou omezeny na kapalné a navíc supratekuté helium, praktické využití bude dost limitováno.
A. O. Badrutdinov et al. Unidirectional Charge Transport via Ripplonic Polarons in a Three-Terminal Microchannel Device, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.126803
Zdroj: Okinawa Institute of Science and Technology/Phys.org
Poznámka PH: Supratekuté či jiné kapalné helium samo o sobě elektricky vodivé ale není, alespoň se to všude uvádí. Tím je ovšem celý popis výše ještě podivnější (subjektivně). Na druhé straně jinde lze najít (opět Phys.org), že supratekuté 3He je dokonce nekonvenčně, tzv. chirálně supravodivé.
