Excitonium, een nieuwe materievorm

Share Button

Excitonium is een vreemde vorm van materie, die 50 jaar geleden voorspeld is maar nu pas ontdekt is. Maar wat is excitonium precies?.En wat zouden er er mee kunnen doen?

Wat is excitonium?
Excitonium bestaat uit excitons.
Excitons zijn pseudodeeltjes, die bestaan uit een elektron en het gat, dat het elektron achter heeft gelaten in het kristalrooster. Meestal verwijderen elektronen zich ver van het gat dat ze achterlaten. Bij excitonen is dat anders. De elektronen blijven rond het gat hangen en vormen, met het gat, een soort pseudo-atoom. Kwantumeffecten zijn afhankelijk zijn van de massa – de onzekerheidsrelatie van Heisenberg stelt onder meer dat hoe groter de bewegingssnelheid, hoe kleiner de onzekerheid van de plaats. (er zijn andere relaties, bijvoorbeeld die tussen massa en tijd, maar die vallen buiten het bestek van dit artikel). De lage snelheid van de elektronen en gaten in de exciton-pseudo-atomen, betekent dat ze een enorme grootte hebben – denk aan tientallen malen de grootte van een ‘normaal’ atoom. Nu wordt het interessant. Want als kwantumsystemen elkaar overlappen, vormen ze een condensaat. Dat wil zeggen, dat ze zich gaan gedragen als een enkel systeem. Als het systeem groot is, kan je kwantumeffecten op macroscopische schaal ontdekken. Het bekendste voorbeeld van een kwantum condensaat is een supervloeistof.

Bijzonder aan deze ontwikkeling is, dat dit een driedimensionaal excitonium is. Het is onderzoekers al eerder gelukt, om excitonium te produceren, maar dan alleen plat, op een oppervlakte. Ook interessant is, dat deze, zaten zich vormen op relatief hoge temperatuur: 190° boven het absolute nulpunt (190 kelvin, -83 graden). Dit is hoger dan de temperatuur van vaste kooldioxide, droge ijs. Als het lukt om deze temperatuur nog verder op te schroeven, worden toepassingen op kamertemperatuur mogelijk. Condensaten op kamertemperatuur zijn erg interessant, omdat hiermee kwantumeffecten in het dagelijks leven zijn toe te passen.

Excitonium

Wat kan je er mee?
Bijzonder aan deze ontwikkeling is, dat dit een driedimensionaal excitonium is. Het is onderzoekers al eerder gelukt, om excitonium te produceren, maar dan alleen in platte vorm, als oppervlakte. Dit is het eerste bulk-excitonium ooit. Ook interessant is, dat dit excitonium zich vormt op relatief hoge temperatuur: (190 kelvin, -80 graden). Dit is de temperatuur van vloeibare kooldioxide. Als het lukt om deze temperatuur nog verder op te schroeven, komen toepassingen op kamertemperatuur dichterbij. Condensaten op kamertemperatuur zijn erg interessant, omdat hiermee kwantumeffecten in het dagelijks leven zijn toe te passen. Theoretische voorspellingen lopen nogal uiteen over de eigenschappen van de substantie. Volgens sommigen is het een perfecte geleider, volgens anderen een isolator. In het eerste geval hebben we supergeleiding op kamertemperatuur. Ook superwarmtegeleiding zou een erg interessante toepassing zijn. Dan zou je warmteleidingen kunnen aanleggen, waarbij het niet meer nodig is om vloeistoffen te laten stromen. Voordat hier iets met zekerheid over te zeggen, moeten er experimenten worden gedaan met het nieuwe materiaal. Dat is nu eindelijk mogelijk. De ervaring leert dat ook fundamentele ontdekkingen die op het eerste gezicht niet nuttig lijken, vaak later een goudmijn voor nieuwe technologieop te leveren. Zo werd van de laser, die nu in tienduizenden producten is terug te vinden, gezegd dat het een vinding was dat wachtte op een toepassing.

 

Bron
A. Kogar et al., Signatures of exciton condensation in a transition metal dichalcogenide, Science 08 Dec 2017:
Vol. 358, Issue 6368, pp. 1314-1317 DOI: 10.1126/science.aam6432 Arxiv

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

9 reacties

  1. bemoeier schreef:

    Het heeft dus atoomnummer 0, misschien ook leuk voor in gasballonnen of zeppelins.
    Enig idee wat voor chemie het met andere elementen zou kunnen hebben?
    Of is het inert zoals helium?
    De naam eindigd op ium dus moet het een metaal zijn. Alleen bij helium is dat een vergissing.
    Een legering met lithium wordt dan misschien een licht en sterk materiaal.

  2. antares schreef:

    Had hier al over gelezen in ’t verleden, maar een driedimensionaal Excsitonium bulk product kende ik helemaal niet. In alle opzichten een interessant product met buitengewoon interessante, nu nog onvoorzienbare mogelijkheden. Een soort pseudo atoom model dat werkelijkheid geworden is.

    Over pseudo atomen en de nu bewezen aanwezigheid van virtuele deeltjes met massa:

    Eertijds verscheen hier een artikel over een experiment, waarin op een magnetisch traject werd aangetoond, (dat met ongeveer 30% van de lichtsnelheid heen en weer schakelde, meen ik) dat zich op dit traject virtuele deeltjes zichtbaar manifesteerden. De virtuele deeltjes konden zelfs tijdelijk massa ontlenen aan hun virtuele omgeving.

    Het heeft een redelijk lange tijd geduurd voordat ik bepaalde hypothetische gevolgtrekkingen kon verbinden aan deze kennis. Hier mijn concept hypothese hier over:

    Onlangs las ik een artikel over de gevolgen van de absurde rotatiesnelheid, van bepaalde hemel lichamen met een zeer sterk magnetisch veld. Door de enorme straal van het roterende veld, vermenigvuldigd met de rotatiesnelheid, werden virtuele deeltjes zichbaar als een lichtkrans rond dit gebeuren. Nu zijn diverse astrofysici en astronomen wereldwijd, met telescopen op zoek naar dit verschijnsel.

    Bij mij ging een hele kerstboom aan lichtjes branden, dus eerst maar eens orde op zaken stellen in deze chaos. Na een paar nachten slapen kwam de eerste concept hypothese bovendrijven. als fysieke voorwerpen de lichtsneheid benaderen, dan zou er zich een overeenkomstige virtuele massa rondom de zich verplaatsende, oorspronkelijke massa kunnen vormen. In dat geval verdubbeld de toegenomen massa ook virtueel, vemoed ik. Dit zou eigenlijk zichtbaar bewezen moeten kunnen worden in de LHC. Ook kunnen ze, (in mijn gedachtengang althans) wel eens invloed uitoefenen op de tijdruimte.

    Enige tijd later kwam de volgende concept hypothese naar boven drijven:

    Rondom en binnen zwarte gaten implodeert de tijdruimte. Alles wat zich binnen de waarnemings horizon bevindt en beweegt, verplaatst zich met lichtsneheid. dus ook daar zijn virtuele deeltjes met massa aanwezig. Zwartegaten kunnen een onvoorstelbare massa hebben, maar ik vermoed dat er een grens is die niet overschreden kan worden.

    Zeer recentelijk werd het alleroudste en meest reusachtige zwartgat aller tijden waargenomen, aan de grenzen van het waarneembare universum, althans tot nu waarneembare. DE grenzen rekken steeds verder op naarmate de wetenschap vordert.

    Ongeveer 14,5 miljard jaar geleden vond de Big Bang plaats. Wat als er in die tijd nou eens zwarte gaten hebben bestaan die een bepaalde kritische massa toen overschreden, zo dacht ik. De overschrijding zou in kunnen houden, dat de hoeveelheid virtuele massa oneindig zou kunnen worden, en de massa van het zwartgat zou theoretisch kunnen worden overgecompenseerd. Dit zou dan de zwaartekracht opheffen, met als gevolg een Big Bang.

    • bemoeier schreef:

      In een zwart gat zijn er alleen nog maar elementere deeltjes en die zijn niet samendrukbaar, daardoor produceren ze geen vrijving en hitte.
      En kunnen ze ook niet imploderen doordat er geen stralingsdruk meer is.
      Dus wat kan er dan nog gebeuren als zo`n koude klomp van quarks nog veel groter wordt?
      Volgens mij gaat die dan alleen maar langzamer roteren, en de Hawkingstraling komt niet vanuit het zwarte gat maar van hetgeen er omheen gebeurd denk ik.

      • antares schreef:

        Mijn gedachte hierover is; dat de virtuele massa in de omgeving van de buitenste schil , dus dicht onder de waarnemings horizon gaat aangroeien. Die blijft dus verborgen voor ons. De hoogste virtuele concentraties met massa, zou zich dan daar bevinden, waar zich bij ons de evenaar bevindt, de laagste aan de polen, (de spin-as) waardoor daar de Hawking straling naar buiten kan treden.

  3. joepiejee schreef:

    Mogelijk kun je hiermee ontsnappen aan het aardse en zondige leven?

  4. Jokkebrok schreef:

    Dat zou betekenen dat je in deze vorm zogoed als gewichtsloos wordt, maw maakt vliegen met grotere snelheden meer mogelijk?

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger