Fisikariek denbora luzez susmatu dute metal zati batzuk modu berezian, ia ikusezinean, bibratu lezaketela. Orain, fisikariek «modu deabrutu» horiek antzeman dituzte.
1956an, Davide Pines-ek fantasma bat formulatu zuen. Uhin elektrikoen itsasoak zeudela iragarri zuen, elkarren artean neutralizatu zitezkeenak eta ozeano osoa geldi utz zezaketenak, bai eta banakako olatuak sortzen eta birsortzen zirenean ere. Bitxikeria hori (Pinesen deabrua izena jarri zioten) elektrikoki neutroa izango litzakete, eta, ondorioz, argitara ikusezina: antzematen zaila denaren definizioa.
Hamarkadetan zehar, fisikariek deabruen aldaerak igarri zituzten. Baina inor ez zen konturatu Pinesen jatorrizko deabruaz, bloke metalikoetako elektroietatik abiatuta naturalki sortuko zenaz.
Orain, itxura denez, Illinoiseko (Urbana-Champaign) Unibertsitateko fisikari talde batek Pinesen deabrua antzeman du. Elektroiak, material bat jotzen dutenean, doitasunez miatzeko teknika bat hobetu ondoren, taldeak aldizkako uhin batzuk sortu eta detektatu zituen, elektroi multzoen bidez hedatzen direnak. Fisikariek moduak deitzen dituzten uhin horiek bat datoz, neurri handi batean, Pinesen kalkuluekin. Ikertzaileek abuztuko Nature aldizkarian eman zituzten aurkikuntzaren xehetasunak.
«Modu horiek ez ziren 70 urtetan ikusi», adierazi du Piers Coleman Rutgers Unibertsitateko fisikari teorikoak. Baina esperimentu berri horrek, nola edo hala, «modu deabrutu horiek jasotzen ditu».
Imajina itzazu deabruak
1950eko hamarkada goieneko aldia izan zen metaletako elektroien ikerketan. Fisikariek, ordurako, teoria sinplista bat garatu zuten, zeinak alde batera uzten zuen elektroiek elkarrengandik urruntzeko zuten joera, eta elektroiak multzoan tratatzen zituzten, nahierara isurtzen den gas moduko bat osatuko balute bezala. 1952an, Pinesek eta haren doktorego tesiaren zuzendari David Bohm-ek urrats bat gehiago egin zuten. “Elektroien gasaren” teoriari elektroien elkarrekintza gehitu ondoren, ohartu ziren elektroiak leku batzuetan multzokatu eta beste batzuetan sakabana zitezkeela. Multzokatutako elektroi horiek txandaka dentsitate handiagoko eta txikiagoko uhinak sortzen zituzten (eta, ondorioz, karga elektriko handiagoko eta txikiagoko eremuak).
Ondoren, Pinesek are urrunago eramango zuen teoria berria. Bi gaseko material bat imajinatu zuen, bakoitza partikula kargatu ezberdin batez osatuta. Zehazki, elektroi «astunak» eta elektroi «arinak» zituen material bat irudikatu zuen. (Elektroi guztiak berdin-berdinak dira teorian, baina, mundu errelean, haien propietate neurgarriak ingurunearen araberakoak dira). Pinesek antzeman zuen lehenengo gasaren uhinek bigarrenaren uhinak neutraliza zitzaketela; elektroi astunak multzokatzen ziren eremuan, elektroi arinak murriztu egiten ziren. Ondoren, elektroi astunen multzoak sakabanatu egiten ziren neurrian, elektroi arinagoak bildu egiten ziren gutxien okupatutako eremuak betetzeko. Gas bat bestea desegiten zen leku berean trinkotzen zenez, bi moten baterako dentsitate elektroniko osoa (eta, ondorioz, karga eta eremu elektriko osoa) modu neutral eta aldaezinean mantenduko litzateke. «Gauzak mugitu egin daitezke, nahiz eta ez dirudien mugitzen ari direnik», azaldu du Los Angeleseko (Kalifornia) Unibertsitateko materia kondentsatuaren arloko fisikari Anshul Kogar-ek.
Argia karga elektronikoa modu aldakorrean banatuta duten objektuetan baino ez da islatzen; hortaz, Pinesen bibrazioaren neutraltasunak ikusezin egiten zuen. Argia fotoiak izeneko energia paketeetan etortzen da eta Pinesek bere uhinen energia paketeei «deabru» izena jarri zien. Izena James Clerk Maxwell-en esperimentu mental deabrutuari egindako keinu bat zen. Pinesen ustez, Clerk Maxwell fisikari aitzindaria goizegi bizi izan zen partikula edo uhin batek bere izena eraman zezan. «Maxwellen omenez, eta hemen elektroiek mugimendu zehatzeko kasu batekin (edo DEM, ingeleseko siglengatik) lanean ari garelako eszitazio berri horiei deabru deitzea iradokitzen dut», idatzi zuen Pinesek 1956an.
Hamarkadetan zehar, fisikariek uhin deabrutuak ikusi zituzten askotariko materialetan. 1982an, Bell Laborategietako ikertzaileek aurkako uhinak atzeman zituzten galio artseniuroko ondoz ondoko xafletan. Eta aurten, Berkeleyko (Kalifornia) Unibertsitateko talde batek, Feng Wang-en zuzendaritzapean, esperimentu bat deskribatu zuen, zeinetan grafeno xafla batean positiboki kargatutako partikulen antzeko objektuen uhin zertxobait meheagoekin sinkronian taupaka ari ziren elektroien uhin ia ikusezinak harrapatu zituen.
Baina ikuskatze horiek, neurri handi batean, bi dimentsioko sistemetan gertatu ziren, non ezaugarri deabrutu definitzaile bat ez zen hain deigarria. Dimentsionaltasunaren berezitasun bat dela eta, 2Dn karga uhin bat eragin dezakezu, nahi bezain ahalegin txikia eginda. Baina 3Dn, uhin bati hasiera emateak gutxieneko energia kopurua eskatzen du, elektroi asozialak multzoka daitezen. Elektronikoki neutroak diren deabruek 3D energia tarifa hori aurrezten dute. «Deabrua hiru dimentsioko solido batean ikustea berezi samarra da», dio Kogarrek, bere doktorego ikerketa Urbana-Champaigneko taldearekin egin zuenak.
Hemen deabruak daude
Urbana-Champaigneko taldea, Peter Abbamonte-k zuzendutakoa, ez zen deabrurik bilatzen ari. Pinesen deabrua laborategian bertan azaldu zitzaien.
2010ean, Abbamonteren taldea elektroien multzoen bidez hedatzen ziren dardara txikiak detektatzeko teknika bat garatzen hasi zen. Elektroiak jaurtitzen zituzten material baterantz eta zehaztasunez jasotzen zuten horiek garraiatzen zuten energia eta errebotatzean egiten zuten bidea. Errebote horien xehetasunetan oinarrituta, taldeak ondorioztatu ahal izan zuen nola erantzuten zuen materialak talkarekiko, eta horrek, aldi betean, talkaren eraginez sortutako uhinen propietateak agerian jarri zituen. Errazago imajinatzeko: bainuontzi bat urez, eztiz edo izotzez beteta dagoen zehazteko ping-pongeko pilotak botatzea bezalakoa litzateke.
Duela urte batzuk, ikertzaileek estrontzio rutenato izeneko supereroale batean jarri zuten arreta. Haren egitura kobrezko oinarriko kupratozko supereroaleen mota misteriotsu batenaren antzekoa da, baina modu garbiagoan fabrikatu daiteke. Taldeak ez zituen kupratoen sekretuak deskubritu, baina materialak Ali Husain-ek (bere doktoregoan teknika hobetu zuen fisikaria) ulertzen ez zuen moduan erantzun zuen.
Husainek deskubritu zuen errebotatzen zuten elektroiek energia eta momentua galtzen zutela, eta, beraz, estrontzio rutenatoan energia drainatzen zuten uhinak sortzen ari zirela. Baina uhin horiek bere espektatibak desafiatzen zituzten: soinu uhinak baino 100 aldiz arinago mugitzen ziren (horiek nukleo atomikoen bidez hedatzen dira), eta karga uhinak baino 1000 aldiz motelago, metalaren azalera lauan zehar hedatuta. Gainera, oso energia kopuru txikia zuten.
«Artefaktu bat izango zela uste nuen», azaldu zuen Husainek. Orduan, beste lagin batzuk jarri, beste tentsio batzuk frogatu, eta neurriak beste kide batzuek ere hartzeko eskatu zuen.
Identifikatu gabeko bibrazioek han jarraitzen zuten. Kalkuluak egin ondoren, taldea konturatu zen uhinen energiak eta momentuak bat zetozela Pinesen teoriarekin. Taldeak bazekien estrontzio rutenatoan elektroiak atomo batetik bestera mugitzen zirela hiru kanaletako baten bidez. Ondorioztatu zuten kanal horietako bitan elektroiak sinkronizatu egiten zirela besteen mugimendua neutralizatzeko, Pinesen jatorrizko azterketako elektroi «astunen» eta «arinen» rola betez. Pinesen deabruari eusteko ahalmena zuen metal bat aurkitu zuten.
«Egonkorra da estrontzio rutenatoan», adierazi zuen Abbamontek. «Hor dago beti».
Hala ere, ondulazioak ez datoz guztiz bat Pinesen kalkuluekin. Hortaz, Abbamontek eta bere kideek ezin dute bermatu bibrazio ezberdin eta konplikatuago bat ez denik. Baina, oro har, beste ikertzaile batzuen iritziz, taldeak argumentu sendoak aurkeztu ditu Pinesen deabrua harrapatu dutela pentsatzeko.
«Egin ditzaketen fede onezko egiaztapen guztiak egin dituzte», esan du Sankar Das Sarma-k, Marylandeko Unibertsitateko materia kondentsatuaren arloko teorialari eta bibrazio deabrutuen azterketan aitzindari denak.
Deabru askeak
Orain ikertzaileek uste dute deabrua metal errealetan egon daitekeela, eta ezin diote pentsatzeari utzi ea mugimendu geldiek efekturik ote duten mundu errealean. «Ez lukete arraroak izan behar, eta gauzak egin litzakete.»
Adibidez, sare metalikoen bidez hedatzen diren soinu uhinek elektroiak lotzen dituzten moduak supereroankortasunera darama, eta 1981ean fisikarien talde batek iradoki zuen bibrazio deabrutuek supereroankortasuna sor dezaketela antzeko moduren batean. Abbamonteren taldeak estrontzio rutenatoa hautatu zuen haren supereroankortasuna ezohikoa delako. Agian deabrua tartean izango da.
«Momentuz ez daukagu argi deabruak zerikusirik duen edo ez», azaldu du Kogarrek, «baina tartean den beste partikula bat da» (fisikariek partikula esaten diete propietate jakin batzuk dituzten uhinei).
Alabaina, ikerketaren nobedade nagusia efektu metaliko desiratuaren detekzioa da. Materia kondentsatuaren arloko teorialarientzat aurkikuntza hori oso asebetegarria da duela 70 urte hasi zen historiari begira.
«Elektroi gasaren historia goiztiarraren posdata interesgarria da», adierazi du Colemanek.
Eta Husainen iritziz, zeinak bere karrera 2020. urtean amaitutzat jo eta orain Quantinuum enpresan lan egiten duen, ikerketak iradokitzen du metalak eta beste material batzuk bibrazio arrotzez beteta daudela, baina egungo fisikariek ez dutela horiek ulertzeko moduko tresnarik.
“Hor daude, besterik gabe”, esan zuen, “norbaitek deskubritzeko zain”.
Jatorrizko artikulua:
Charlie Wood (2023). Invisible ‘Demon’ Discovered in Odd Superconductor, Quanta Magazine, 2023ko urriaren 9a. Quanta Magazine aldizkariaren baimenarekin berrinprimatua.