Sumodeliuota trečioji kietųjų kūnų rūšis: egzotinis kvantinis kristalas

Pirmoji rūšis būdinga medžiagoms, kurios sutinkamos kasdieniame mūsų gyvenime, o antrąją galima išvysti, pavyzdžiui, tankiame kvantiniame elektronų (metaluose) arba jonų (egzotiškose baltosiose nykštukėse arba neutroninėse žvaigždėse) skystyje. Visai neseniai mokslininkams pavyko parodyti, kad egzistuoja trečia medžiagos forma, pasižyminti abejomis savybėmis. Toks neįprastas elgesys turėtų būti būdingas eksitonų (kvazidalelių, aprašančių elektronų ir skylių sąveiką kristale) kristalams puslaidininkinėse kvantinėse potencialo duobėse, veikiamose stipraus elektrinio lauko.

Kylio universiteto (Vokietija) mokslininkų komanda, kurią sudarė Jensas Boningas (Jens Bönning), Aleksejus Filinovas (Alexei Filinov) bei Michaelis Bonicas (Michael Bonitz), atliko plataus masto itin tikslius kompiuterinius skaičiavimus, kurie atskleidė paslaptingąsias šios medžiagos savybes. Gauti rezultatai publikuoti naujausiame žurnalo „Physical Review B“ numeryje. Čia tyrėjai pateikia paprastą iš pažiūros dviejų visiškai skirtingų elgesio modelių sintezės paaiškinimą.

Visa paslaptis glūdi jėgų, veikiančių tarp dviejų eksitonų, pobūdyje: esant žemam slėgiui, eksitonai vienas kitą stumia veikdami dipoline jėga, todėl suformuoja kvantinį skystį. Slėgiui didėjant šis skystis sustingsta į eksitonų kristalą. Pasiekus tam tikrą viršutinę slėgio ribą, eksitonai atsiduria taip arti vienas kito, jog kvantinė banginė juos sudarančių dalelių (elektronų ir skylių) prigimtis pradeda silpninti jėgas.

Dėl šios priežasties tolesnis slėgio didinimas sukelia didėjančią eksitonų kvantinių bangų sanklodą, kuri daugiau nėra atsveriama tarpeksitoninės stūmos, tad kristalui nelieka nieko kito kaip vėl išsilydyti. Tyrėjai atliko tikslius skaičiavimus, nusakančius, kur derėtų bandyti aptikti šį egzotinį eksitonų kristalą (tam ypač gerai tinka cinko selenido bei galio arsenido kvantinės potencialo duobės), taigi dabar atėjo eksperimentuotojų eilė pasiraitoti rankoves.