Looduses eksisteerib kahte sorti tahkiseid. Ühed neist tekivad vedelike kokku surumisel, teised aga vedelike siserõhu vähendamisel. Esimene variant on igapäevaelus hästi tuntud, näiteks kuiva jää varal (loe siit). Teine vairant avaldub näiteks tiheda elektronide kvantvedelikuna metallides või ioonidena valges kääbuses või neutrontähes. Nüüd ennustati, et eksisteerib veel kolmaski mateeria vorm, mis kombineerib mõlemad eelmainitud omadused.
Ebatavalisi omadusi kätkeb tugevasse elektrivälja asetatud potentsiaalibarjääris olev eksitonide kristall. Eksiton on seotud elektron-auk (elektronkihi vakants) paar tahkises.
Piltidel on kujutatud kvantosakesed ehk eksitonid kvantiseeritud potentsiaalibarjääris. Kollase värviga on tähistatud suur, punasega madalam ja rohelisega null eksitonide tihedus. Vaadates kaht heledamat joonist on näha eksitonide tiheduse kasv konstantsel temperatuuril.
Kieli Ülikooli teadlastest koosnev töörühm viis uue materjali omaduste avastamiseks läbi ulatuslikke täpseid arvutisimulatsioone. Tulemused avaldatakse ajakirjas Physical Review B, milles seletatakse ühtlasi kahe näiliselt vastuolulise sulamisprotsessi iseloom.
Uue materjali olemust seletab kahe eksitoni vaheliste jõudude olemus. Madalatel rõhkudel eksitonid tõukuvad dipoolmomentide tõttu ja moodustavad kvantvedeliku. Rõhu kasvades toimub vedeliku kristalliks tahkestumine. Edasine survestamine viib eksitonid sedavõrd lähestikku, et nende elektronide ja aukude leiulained kattuvad ja hakkavad dipoolmomentide jõudusid nõrgestama.
Rõhu kasvamise tõttu tekib eksitonide seisulainete kattuvus, mida eksitoni dipoolmomendid enam kompenseerida ei suuda – kristall hakkab taas sulama. Teadlased on teinud eksitonkristallide leidmiseks täpseid ennustusi. Eriti hoolikalt on uuritud tsink-seleeni ja gallium-arseniidi kvantpotentsiaalibarjääre. Jääb üle vaid kristallid eksperimentaalselt avastada.
Allikas: PhysOrg