Når hydrogen kjøles ned til noen få grader over det absolutte nullpunkt, og i tillegg utsettes for ekstremt høyt trykk, dannes det helt nye tilstander, såkalte kvantetilstander. I fremtiden kan det få betydning for både superledere og såkalte superfluider - systemer som kan flyte uten friksjon.
Forskere ved NTNU får internasjonal anerkjennelse for nye resultater i kjølvannet av forsideoppslaget i Nature i fjor høst. Forskerne forutsier helt nye tilstander av hydrogen under høyt trykk, og venter nå spent på eksperimenter som kan påvise disse tilstandene.
Når hydrogen kjøles ned til noen få grader over det absolutte nullpunkt, og i tillegg utsettes for ekstremt høyt trykk, dannes det helt nye tilstander, såkalte kvantetilstander, som ikke tidligere er påvist. Dette er resultatet av beregninger utført av Asle Sudbø og kollegene Egor Babaev, Jo Smiseth og Eivind Smørgrav ved NTNU.
Resultatene har skapt svært positiv oppmerksomhet blant fagkolleger, og kan forventes å gi uante anvendelsesmuligheter i fremtiden.
Internasjonal oppsikt
Den første publikasjonen av disse resultatene ga Sudbøs gruppe et førstesideoppslag i Nature i fjor høst. De viste at det teoretisk var mulig at hydrogen ville danne to nye kvantetilstander, som betegnes “metallisk superfluid” og “superledende superfluid”. Ingen av disse tilstandene er kjent fra andre materialer.
NANOMAT-programmets nyhetsbrev i desember 2004 omtalte funnene som “paradigmeskifte i fysikken”.
"Atle Sudbø"
Med superfluider menes systemer som kan flyte uten friksjon. På tilsvarende måte er superledere systemer som leder elektrisk strøm uten elektrisk motstand. På grunn av hydrogenets lave atommasse, kan vi forvente flere slike tilstander ved høyt trykk, forklarer Sudbø.
Nå har forskergruppen brukt tungregning til å etterprøve de kvalitative resultatene fra i fjor. Beregningene viser at hydrogen kan finnes i ikke bare to, men tre nye tilstander ved lave temperaturer og høyt trykk. De nye funnene har igjen gitt forskerne internasjonal oppmerksomhet.
Fremtidige superanvendelser?
Resultatet er et eksempel på norsk grunnforskning i verdensklasse. Ser vi noen tiår frem i tid, vil disse funnene også kunne ha store potensialer for teknologi- og næringsutvikling.
- Historien viser at alle tidligere oppdagelser av nye kvantetilstander har ført til viktige anvendelser og utviklingen av ny teknologi, sier Sudbø.
Et eksempel er den såkalte Josephson-effekten, som ble oppdaget på 1960-tallet. Fra å være et teoretisk prinsipp har effekten blitt grunnsteinen i en milliardindustri, gjennom bruken av svært fintfølende målesensorer, såkalte SQUIDs, i blant annet medisinske anvendelser som tomografi.
Et annet eksempel er høytemperatur-superledere, det vil si materialer som er superledende ved forholdsvis høye temperaturer.
På midten av 1980-tallet fant forskere en magnetisk effekt som nå er sentral i kommersielle lese- og skrivehoder til harddisker. - Dette viser hvordan denne forskningen har ført til ny teknologi som en slags spin-off-effekt, konkluderer Sudbø.
Mangler eksperimentene
De nye beregningene til Sudbøs gruppe finner tre nye kvantetilstander i flytende hydrogen:
samtidig superledende og superfluid
superledende men ikke superfluid
superfluid men ikke superledende
Overgangen mellom tilstandene skal kunne kontrolleres gjennom temperatur og pålagt magnetfelt.
Annonse
Noen fagfolk stiller seg tvilende til om en både superfluid og superledende tilstand forekommer, og på grunn av det høye trykket som kreves er det foreløpig ikke eksperimentelt mulig å etterprøve om “supertilstandene” eksisterer .
Ifølge Sudbø har det imidlertid nylig skjedd en positiv utvikling i arbeidet med å framstille feilfrie, ultraharde diamanter. Dette indikerer at det allerede om få år kan bli mulig å oppnå høye nok trykk til å teste beregningene gjennom eksperiment.
Prosjektet er støttet av Forskningsrådets NANOMAT-program.
