Razkrit nov nenavaden kvantni efekt

Vodja Odseka  za kompleksne snovi Instituta »Jožef Stefan« prof. dr. Dragan Mihailović in sodelavec Odseka za teoretično fiziko prof. dr. Peter Prelovšek sta v sodelovanju z raziskovalci iz Italije in Nemčije razkrila nenavaden kvantni efekt, v katerem se lastnosti kvantnega materiala močno spremenijo, če ga vstavimo v votlino s hlajenimi zrcali. Ugotovitve so avtorji raziskave objavili v najprestižnejši znanstveni reviji Nature v članku  Cavity-mediated thermal control of metal-to-insulator transition in 1T-TaS2.

Kvantni materiali imajo lastnost, da njihove makroskopske lastnosti izhajajo iz kvantnih mikroskopskih pojavov in  jih ne moremo razumeti zgolj s pomočjo klasične fizike in kemije. Včasih se obnašajo povsem v nasprotju z intuicijo. Element 1T-TaS_2, t. i. tantal disulfid, je predmet raziskovanja širom po svetu že zadnjih 30 let, njegove nenavadne lastnosti, med katerimi je npr. prehod iz kovine v izolator, pa so pritegnile še večjo pozornost v zadnjih devetih letih prav po zaslugi raziskav na Institutu »Jožef Stefan«. Tako so raziskovalci zasnovo eksperimenta pripravili že pred leti, ko so za njegovo izvedbo posebej sintetizirali ustrezno velike kristale.  Po preliminarnih eksperimentalnih rezultatih so o njih razpravljali dve leti, bolj fokusirano pa na mednarodni delavnici o neravnovesnih kvantnih pojavih v Sloveniji lani.

Po prvih analiziranih rezultatih sta se raziskovalca Instituta »Jožef Stefan« prof. dr. Dragan Mihailović in prof. dr. Peter Prelovšek vključila v teoretično in eksperimentalno razpravo o eksperimentu in možnih razlagah. V članku, ki je izšel v reviji Nature, sta skupaj  z avtorji iz Italije in Nemčije pod vodstvom dr. Daniela Faustija z Univerze v Trstu in Erlangnu in z njegovim študentom Giacomom Jarcem razkrila nenavaden kvantni efekt, v katerem se lastnosti kvantnega materiala močno spremenijo, če ga vstavimo v votlino s hlajenimi zrcali.  Eksperiment, ki je navidezno preprost, kaže na nenavadno veliko spremembo temperature prehoda med izolatorjem in kovino v kristalu 1T-TaS_2, ki je snov z zelo zanimivimi lastnostmi, tesno povezanimi s kvantno fiziko. Pojav je nenavaden zato, ker material med eksperimentom ni v stiku z okolico, vpliv zrcal pa nakazuje na močno sklopitev med elektroni v snovi in kvantnimi fluktuacijami elektromagnetnega polja oz. svetlobe v vakuumu – fotoni, kar posledično spremeni temperaturo prehoda.

Novi nenavaden efekt je povsem fundamentalne narave, a ima tudi potencialno uporabo, na primer za posebne senzorje. Pomembno je, da eksperiment odpira pot raziskavam novih kvantnih efektov in izpostavlja 1T-TaS_2 v ospredje med zanimivimi kvantnimi materiali.

Material je sintetizirala Petra Šutar z Instituta »Jožef Stefan«, pri teoretičnem in eksperimentalnem delu, vključno z izračuni, ter pri pisanju članka pa sta sodelovala prof. dr. Peter Prelovšek in prof. dr. Dragan Mihailović. Avtorji pričakujejo veliko zanimanja znanstvene skupnosti, saj je odkriti efekt presenetljiv, hkrati pa toliko nepoznan, da sproža vrsto različnih razlag..