Ученые из отдела теории, института структуры и динамики вещества Макса Планка (MPSD) в центре лазерных наук на свободных электронах (CFEL) в Гамбурге, Германия, показали с помощью теоретических расчетов и компьютерного моделирования, что силу между электронами и искажениями решетки в атомно тонком двумерном сверхпроводнике можно контролировать с помощью виртуальных фотонов. Это может помочь в разработке новых сверхпроводников для энергосберегающих устройств и многих других технических применений.
Вакуум не совсем пустой. Для простых граждан это может звучать как волшебство, но эта проблема волновала физиков с момента рождения квантовой механики. Кажущаяся пустота пузырится непрерывно и производит колебания света даже при абсолютной нулевой температуре. В некотором смысле, эти виртуальные фотоны просто ждут, чтобы их использовали. Они могут нести силу и изменять свойства материи.
Например, известно, что сила вакуума вызывает эффект Казимира. Когда кто-то двигает две параллельные металлические пластины конденсатора очень близко друг к другу, они чувствуют микроскопически небольшое, но измеримое притяжение между собой, даже если пластины не заряжены электрически. Это притяжение создается путем обмена виртуальными фотонами между пластинами, подобно двум хоккеистам, которые бросают вперед и обратно, тем самым подвергаются отдаче. Если бы мяч был невидим, можно было бы предположить, что между ними действует отталкивающая сила.
Результат их теорий и моделирования: сила вакуума позволяет сильнее связывать быстрые электроны в 2-мерном слое с колебаниями решетки подложки, которые качаются перпендикулярно 2-мерному слою. Связь сверхпроводящих электронов и колебаний кристаллической решетки является центральным строительным блоком для важных свойств многих материалов.
Директор MPSD Анхель Рубио очень оптимистично смотрит на роль фундаментальных исследований в этой области. «Вместе с экспериментальным прогрессом, например, в области контролируемого производства и точных измерений атомных структур и их электронных свойств, мы можем ожидать больших открытий». По его мнению, ученые собираются вступить в новую эру атомного дизайна функциональных возможностей в химических соединениях, особенно в двумерных материалах и сложных молекулах. Рубио убежден: «Сила вакуума поможет нам в этом поиске».