BEC z chrómu Nemeckým vedcom sa podarilo v marci 2005 vytvoriť Boseho-Einsteinov kondenzát (BEC) z atómového plynu chrómu. Doposiaľ bol vytvorený BEC z alkalických kovov (H, Li, Na, K, Rb, Cs) a He. Chróm je v porovnaní s týmito prvkami výnimočný tým, že má veľký magnetický dipólový moment, pretože obsahuje vo valenčnej vrstve šesť elektrónov s paralelnými spinmi (konfigurácia Cr je 3d5 4s1 - obr. 1). Magnetická dipól-dipólová interakcia medzi atómami chrómu je až 36-krát silnejšia ako u
atómov alkalických kovov. Bude tak po prvý raz možné skúmať i ďalekodosahovú dipól-dipólovú interakciu degenerovaných kvantových plynov. U doposiaľ vytvorených BEC z vyššie spomínaných prvkov nebola dipól-dipólová interakcia dostatočne silná, preto je zatiaľ preskúmaná len ako interakcia krátkeho dosahu.
Chróm sa v súčasnosti využíva v litografii - pokrýva sa ním povrch masky, ktorá sa pri procese litografie používa. Na kremíkovej doštičke sa tak vytvorí niekoľko desiatok až stoviek čipov.
Vo forme BEC nájde chróm uplatnenie i v nanolitografii (pri nanášaní nanoštruktúr na substrát pomocou laserového atómového lúča) a umožní skúmať ďalekodosahovú dipól-dipólovú interakciu ako i niektoré dipolárne javy a nové druhy kvantových fázových prechodov.
Objav BEC a čo to vlastne je
Indický fyzik S. N. Bose prišiel na to, že svetlo sa šíri po kvantách, v podobe fotónov. Vypracoval okolo roku 1924 štatistiku, ktorá popisovala správanie fotónov ako i iných častíc s celočíselným spinom, tj. bozónov. Bozóny majú v porovnaní s fermiónmi tú zaujímavú vlastnosť, že sa môžu nachádzať v tom istom kvantovom stave. Táto štatistika, popisujúca správanie bozónov - Boseho- Einsteinova štatistika - nesie i Einsteinovo meno - Boseho teória totiž nemala dôveru vo vedeckých kruhoch, a tak ju Bose poslal Einsteinovi, ktorý potvrdil správnosť jeho teórie a zovšeobecnil túto štatistiku i na atómové plyny - ale len na tie, ktorých atómy obsahujú párny počet fermiónov (protóny + neutróny + elektróny), napríklad 8737Rb, 2311Na, 73Li, kde p je skratka pre protóny. Zistil, že takéto atómy vykazujú rovnaké správanie ako bozóny, tj. môžu sa nachádzať v rovnakom stave - ale len za veľmi nízkych teplôt, rádovo sú to desiatky nK (nanoKelvinov), prípadne menej.
Bose a Einstein tak predpovedali nový druh hmoty, ktorý nesie ich mená - Boseho- Einsteinov kondenzát (BEC). Atómy prejdú ochladením na dostatočne nízku teplotu do rovnakého kvantového stavu, stavu s najnižšou možnou energiou. Tento proces je podobný utváraniu kvapaliny z plynu - kondenzácii (je to ale len analógia, ku kondenzácii v pravom zmysle tu nedochádza), preto BEC nesie v svojom názve slovo kondenzát.
Za bežných teplôt zaujímajú atómy rôzne kvantové stavy, správajú sa podobne ako elektróny - žiadne dva elektróny nemôžu byť v atóme v tom istom kvantovom stave (Pauliho vylučovací princíp). V stave BEC sú ale atómy v rovnakom kvantovom stave - utváranie BEC.
1. bozóny - častice s celočíselným spinom, názov dostali na počesť Boseho. Riadia sa Boseho-Einsteinovou štatistikou. Patria sem napr. nositelia interakcií: fotóny, gluóny, W +, W- , Z0 a gravitóny
2. fermióny - častice s poločíselným spinom, patria sem napr. protóny, neutróny a elektróny, tj. častice tvoriace hmotu. Ich správanie popisuje Fermiho-Diracova štatistika.
Ako možno ochladiť látky na nízke teplotyOchladzovanie atómov na teploty desiatok nK (1 nK = 1000 mK, kde nK je nanokelvin a mK mikrokelvin) sa dosahuje použitím dvoch techník:
-laserovým ochladzovaním na niekoľko nK (1997 udelená Nobelova cena za postavenie tohto laserového zariadenia)
Po tom, čo znížime teplotu atómov na niekoľko nK, pokračujeme v ochladzovaní technikou:
-ochladzovanie atómov odparovaním (evaporatívne ochladzovanie).
Pri metóde ochladzovania odparovaním pôsobí na atómy plynu silné magnetické pole - atómy sú v "pasci". Toto pole postupne zoslabujeme. Tým uniknú atómy s dostatočnou energiou, pričom odnášajú i energiu atómov ostávajúcich v "pasci". Postupným zoslabovaním poľa tak zostanú v "magnetickej pasci" len chladné atómy, ktoré skondenzujú do stavu BEC (únik atómov z magnetickej pasce). Magnetické pole okrem toho udržiava atómy v dostatočnej vzdialenosti od stien nádoby - ak by totiž dochádzalo ku kontaktu atómov s nádobou, atómy by prijímali tepelnú energiu a bolo by ťažké ich teda ochladiť.
Atómy je možné zväčša udržať v stave BEC po dobu 15-20 sekúnd. V roku 2003 sa podarilo ochladiť sodíkové atómy na teplotu 0,5 nK.
Aplikácie BECBEC bolo po prvýkrát vytvorené v Colorade v roku 1995, a to z atómov rubídia (v roku 2001 bola zaň udelená Nobelova cena). Koncom roka 2002 bol v Innsbrucku
(Rakúsko) vytvorený BEC z atómov cézia, ktorý nájde využitie napr. pri konštruovaní presnejších atómových hodín, a teda i navigačných systémov GPS (Global Positioning System) alebo tiež v medzinárodnej dátovej komunikácii. Mohli by byť tiež súčasťou kvantových počítačov a sú vhodné i na skúmanie základných symetrií v prírode.
BEC nájde využitie v nanotechnológiách, napr. v nanolitografii - na vyvíjanie menšej a rýchlejšej elektroniky, ktorá pracuje s koherentnými atómami ochladenými na veľmi nízke teploty, t.j. s BEC. Atómová optika je obdobou laserovej optiky, len sa namiesto fotónov využívajú atómy. BEC tak umožnil konštrukciu atómového lasera.
