Kvantová síla vakua může vylepšit slibné 2D materiály  
Vakuum není prázdné. Zjevují se tam přízraky virtuálních částic, které by ale mohly nalézt zcela reálné využití. Magická síla vakua by mohla popohnat vývoj pokročilých supravodičů ze 2D materiálů i dalších pozoruhodných aplikací.
Fluktuace virtálních fotonů žlutě, mezi substrátem (modré a červené atomy) a 2D materiálem (žluté a zelené atomy). Kredit: J. M. Harms, MPSD.
Fluktuace virtálních fotonů žlutě, mezi substrátem (modré a červené atomy) a 2D materiálem (žluté a zelené atomy). Kredit: J. M. Harms, MPSD.

Už dlouho není tajemstvím, že vakuum, tedy prázdno, vlastně není prázdné. Je to oblíbená oblast fyziky, protože pro mnoho lidí hraničí s magií. Vědci už dávno fascinovalo, že se ve vakuu pořád něco děje, i když by nemělo a že tam vznikají záblesky světla jakoby z ničeho. Pak tajemství vakua poodhalila kvantová mechanika. Ve vakuu se jakoby zázrakem vynořují virtuální fotony a vzápětí zase stejně záhadně mizí. Není to ale magie nýbrž fyzika a tyto virtuální fotony vakua vlastně jenom čekají na to, až je někdo využije. Když na to přijde, tak mohou působit na okolí a měnit vlastnosti hmoty.


Michael Sentef z Max Planck institutu Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD), který sídlí v centru Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) v německém Hamburku a jeho tým teoretických vědců spočítali a namodelovali, že virtuální fotony vakua by mohly ovládat síly mezi elektrony a atomárními mřížkami v supravodiči ze 2D materiálu. Zní to velice teoreticky, ale taková věc by ve skutečnosti mohla mít velice praktické využití. Virtuální fotony by mohly přispět k vývoji pokročilých supravodičů pro energetiku i dalších technické aplikace.

 

Michael Sentef. Kredit: MPSD.
Michael Sentef. Kredit: MPSD.

Známým projevem „síly vakua“ je slavný Casimirův jev. Když se k sobě přiblíží dvě elektricky nenabité rovnoběžně uspořádané desky na dostatečně malou vzdálenost, tak se navzájem přitahují velmi slabou, ale měřitelnou silou. Tahle síla je přitom mnohem větší, než by měla být jejich gravitační přitažlivost. Casimirův jev to vysvětluje tak, že při vhodné vzdálenosti desek vzniká mezi deskami o něco méně párů virtuálních částic a antičástic, než v prostoru kolem desek. A rozdíl v jejich množství vyvolá pozorovanou sílu.


Sentef a jeho kolegové studovali vztah mezi „silou vakua“ a moderními materiály. Soustředili se přitom hlavně na situaci, kdy jsou pokročilé supravodiče ze 2D materiálu, které fungují za vysokých teplot, umístěny mezi dvě kovové desky, kde se projevuje Casimirův jev. Použili přitom jako supravodič selenid železa (FeSe) na substrátu z oxidu stroncia a titanu (SrTiO3).

Klasický Casimirův jev. Kredit: Emok / Wikimedia Commons.
Klasický Casimirův jev. Kredit: Emok / Wikimedia Commons.


Výpočty a simulace Sentefova týmu ukázaly, že síla virtuálních fotonů vakua zesiluje interakce rychlých elektronů ve 2D materiálu s vibracemi mřížky substrátu. Tyto interakce mezi supravodivými elektrony a vibracemi krystalové mřížky jsou přitom zásadní pro řadu klíčových parametrů u mnoha materiálů.


Jak říká Sentef, jsme teprve na samotném počátku studia těchto procesů. Zatím například není jasné, jak silný je vlastně vliv virtuálních fotonů na oscilace na povrchu materiálu, tedy na fonové polaritony, což jsou kvazičástice, spojené stavy elektromagnetických vln a fononů v iontových krystalech. Ve 3D izolantech už byly fonové polaritony proměřeny pomocí laserů před desítkami let. Ve 2D materiálech je to ale ještě neprozkoumané území.


Zatím ale vše nasvědčuje tomu, síla vakua najde pozoruhodné uplatnění ve vývoji nových materiálů a jejich rozmanitých aplikací. Před vědci a inženýry se otevírá nová éra designu chemických sloučenin na úrovni jednotlivých atomů, především pokud jde o 2D materiály a komplexní molekuly. Síla vakua by jim s tím mohla významně pomoci.

Literatura
Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter 30. 11. 2018, Science Advances 4: eaau6969.

Datum: 08.12.2018
Tisk článku

Návod na přežití pro ženu - Bukovský Igor
 
 
cena původní: 349 Kč
cena: 349 Kč
Návod na přežití pro ženu
Bukovský Igor
Související články:

Reálné fotony z kvantového světa iluzí     Autor: Stanislav Mihulka (19.11.2011)
Virtuální částice vakua možná hýbou rychlostí světla     Autor: Stanislav Mihulka (17.04.2013)
Kvantové podivnosti: Na rotující nanočástice působí Casimirova síla     Autor: Stanislav Mihulka (11.04.2017)



Diskuze:

Chybná predstava o vákuu.

Richard Pálkováč,2018-12-08 18:08:55

Chybná predstava o vákuu je taká, keď si niekto myslí, že vákuom vytvoril prázdny priestor. Taký priestor, ale fyzikálne nemôže existovať. Odhliadnime teraz od toho, že stále nám v tom vákuu ostanú aj nejaké látkové častice ("nefotóny"), lebo nedokážeme tieto úplne odtsrániť a predpokladajme, že dokážeme vytvoriť dokonalé vákuum, teda taký priestor, kde sa už žiadna látková častica ("nefotón") nenachádza.

Ale ani v takom prípade predsa nemôžeme predpokladať, že v tom dokonalom vákuu nebudú fotóny ! Veď to vákuum, muselo byť vytvorené nejakým prístrojom-objektom zloženým z látky, v ktorej neustále prebieha emitácia a pohlcovanie fotónov (fotóny nie sú len svetlo).

Priestor, v ktorom by žiaden fotón nebol, by bol fyzikálne nedostupný, teda by sa z nášho vesmíru stratil, ale toto je len filozofická možnosť.

Týmto celým som chcel povedať len toľko, že fotóny sa vo vákuu neobjavujú nejakým zázrakom, teda nezjavujú sa z ničoho, oni sú tam zákonite, lebo tam, kde by neboli, tak "TO", by neexistovalo.

Odpovědět


Re: Chybná predstava o vákuu.

David Oplatek,2018-12-13 02:57:21

Pri absoutni nule a magnetickem stineni by se dalo zbavit i fotonu. Napadaji me treba takova neutrina, ktera uplne odstinit neumime.

Odpovědět


Re: Re: Chybná predstava o vákuu.

Richard Pálkováč,2018-12-13 16:38:07

Myslí, že práve to je príčina, prečo sa absolútna nula dosiahnuť nedá, teda aby nebolo možné zlikvidovať priestor.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace