Scientific Highlight - Januar
Bose polaronens liv og død.
I en ny artikel af Magnus G. Skou m. fl. i Physical Review Research har fysikerne Jan J. Arlt og kolleger fra Institut for Fysik og Astronomi, Aarhus Universitet, undersøgt dynamikken i Bose-polaronen. Skou m. fl.s forskning giver en dybtgående undersøgelse af dynamikken i den såkaldte Bose-polaron, der danner grundlag for studiet af polaronmodeller generelt, som har anvendelser på mange områder, f.eks. i forbindelse med design og konstruktion af bedre materialer.
Studiet af kvasipartikler gennem kvantesimulering er et spændende og kommende forskningsområde. En kvasipartikel er et fysisk begreb, som behandler elementære excitationer (f.eks. energimængden af en vibration) som partikler. Da sådanne partikler ikke består af stof, kaldes de kvasipartikler. Polaronen er en særlig vigtig kvasipartikel, der opstår, når en elektron bevæger sig gennem et fast materiale og tiltrækker nærliggende atomer i materialets krystalgitter, hvilket får disse nærliggende atomer til at vibrere. En polarons mobilitet eller effektive masse kan være helt forskellig fra elektronens, hvilket ændrer materialets elektriske og termiske transportegenskaber betydeligt. Der findes teoretiske modeller, som beskriver polaroner, men udfordringen er, at selv disse modeller ofte er for komplekse til at kunne løses analytisk. Derfor forsøger forskerne at udforske polaronfysikken ved hjælp af analoge systemer af ultrakolde atomgasser. Et eksempel på et sådant system er Magnus G. Skou m. fl.s arbejde, hvor der blev skabt en urenhed i et Bose-Einstein-kondensat af kaliumatomer. De skabte denne urenhed ved at bruge en radiofrekvenspuls til at excitere en lille del af kaliumatomerne i en anden spintilstand, som gør det muligt for dem at opføre sig som urenheder. Urenheden interagerer med kondensatet på en måde, der svarer til en elektron i en krystal, hvilket giver anledning til Bose-polaronen. Ved at bruge analoge systemer kan forskerne bekræfte de tilnærmelser, der er foretaget i polaronmodellerne, og give indsigt i den underliggende fysik.
I denne undersøgelse har Magnus G. Skou m. fl. foretaget en dybtgående undersøgelse af dynamikken i Bose-polaronen ved hjælp af spektroskopiske og interferometriske målinger, som bekræfter de teoretiske forudsigelser. Eksperimentelt er disse målinger foretaget ved hjælp af radiofrekvente pulssekvenser, som gør det muligt for forskerne at bestemme polarontilstandenes energi ved hjælp af spektroskopi og deres dynamiske udvikling ved hjælp af interferometri.
Læs artiklen.
Andre referencer: