Физичарите кои проучуваат егзотични материјали наидоа на важен квантен феномен предвиден во теорија пред неколку децении.
Наречен „Пајнсов демон“, беше предвиден во 1956 година од физичарот Дејвид Пајнс и откриен во материјал наречен стронциум рутенат (Sr2RuO4).
-Ова го најдовме случајно. Оваа возбуда ја видовме во 2018 година, ни требаше малку време да разбереме за што се работи, а испадна дека ова е „демон“ – вели Питер Абамонте од Универзитетот во Илиноис.
Во науката, „демонот“ е обично замислениот противник на научниците и филозофите, против кои тие се расправаат во мисловен експеримент, но „демонот“ на Пајнс е нешто сосема друго.
Тоа е еден вид плазмон – дискретен „одред“ од бранови што се шират низ популација на електрони. Плазмоните се опишани како квантен аналог на акустичниот звук во класичниот гас.
Пајнс го нарекол овој плазмон „демон“ во чест на Џејмс Клерк Максвел, кој го создал концептот на Максвеловиот демон, и поради тоа што е специјално движење на електрони (DEM).
Додека звучниот бран се „превиткува“ низ збир на честички, тој полека се „смирува“. Меѓутоа, кога станува збор за квантните „звуци“, плазмонот „игра на сè или ништо“. Потребна е многу специфична количина на енергија за секое зголемување на фреквенцијата.
Демонот на Пајнс е плазмонска фреквенција без „трошок“ или електрично полнење. Тоа се случува кога електроните во материјалот што имаат различни енергетски опсези, или „појаси“, се движат надвор од фаза.
Нема пренос на енергија, но има промена во зафатеноста на опсегот. „Демонот“ е неутрален колективен режим што е „пригушен“ или засенчен од друга група електрони.
Плазмоните претходно биле набљудувани и проучувани во 2Д метали, но бидејќи се електрично неутрални и не се удвојуваат со светлина, тешко се откриваат. Ова нè доведува до стронциум рутенат.
При ниски температури, овој материјал се однесува како суперпроводник. На повисоки температури, работите стануваат малку чудни и се претвора во она што е познато како „лош метал“, чии својства не мора да се однесуваат како што очекуваме.
Според тимот предводен од физичарот Али Хусеин од Универзитетот во Британска Колумбија во Канада, ова е исто така одличен кандидат за идентификување на „демон“ – со три „појаси“ на електрони, од кои две се во спротивност со оригиналната концептуализација на демонот од 1956 година.
Хусеин проучувал стронциум рутенат користејќи електронска спектроскопија кога открил нешто што изгледало како квазичестичка во податоците – т.е. колективна екситација која се однесува како честичка.
Има многу познати квазичестички, но она што го забележале не се совпаѓа со ниту една од нив. Неговата брзина беше пребрза за да биде акустичен фонон и премногу бавна за да биде површински плазмон.
Анализата што следеше покажа дека најверојатниот кандидат е „демон“; а тимот дури можеше да го повтори откривањето. Проучувањето на некои од неговите карактеристики ги натера научниците да поставуваат дополнителни прашања.
Ефектот на „амортизација“ беше послаб од очекуваното, на пример, и имаше чудни „дупки“ во различните електронски „опсези“.
Во моментов тоа е се што е сигурно познато за ова истражување, но научниците веруваат дека ова ќе биде плодна почва за идни истражувања, особено што „демоните“ можат да имаат клучна улога во истражувањето на суперпроводниците.
Научниците веруваат дека други метали слични на стронциумот би можеле да бидат добри места за истражување и објавување нови, пософистицирани теории за „демоните“.
