Yhdysvaltalaiset tutkijat sanovat onnistuneensa todistamaan ensimmäistä kertaa uudenlaisen excitonium-nimisen aineen olomuodon olemassaolon.

Excitoniumin olemassaoloa on esitetty ensimmäistä kertaa teoreettisella tasolla jo 1960-luvulla. Nyt Illinoisin yliopiston tutkijat sanovat viime viikolla julkaistussa tiedotteessaan onnistuneensa todistamaan, että tällainen aineen olomuoto on oikeasti olemassa.

Tässä vaiheessa moni varmasti kysyy mielessään: ”Mitä on excitonium?” Hyvä kysymys! Yliopiston tutkijat sanovat itsekin tiedotteessa, että excitoniumin olemassaolo ”uhmaa järkeä”.

Käytännössä kyseessä on olomuoto, joka syntyy, kun puolijohteen valenssivyöhykkeeltä karkaa elektroni. (Valenssielektroni on atomin uloimmalla kuorella oleva elektroni, joka osallistuu kemiallisten sidosten muodostamiseen.) Tämä karannut elektroni jättää jälkeensä ”reiän” valenssivyöhykkeeseen. Syntynyt reikä puolestaan käyttäytyy niin kuin se olisi positiivisesti varautunut hiukkanen, ja se vetää takaisin puoleensa negatiivisesti varautunutta elektronia.

Taiteilijan käsitys siltä, miltä excitonit (keltaisella) näyttävät kiinteässä aineessa.

Tutkijaryhmä teki kokeita 1T-TiSe2-metalliyhdisteen kiteillä ja onnistui tuottamaan excitoniumin olemassaoloon viittaavia tuloksia viisi kertaa.

Tiedote toteaa, että excitoniumin löytämiseen kului niin paljon aikaa, koska tutkijoilla ei ole aiemmin ollut tarpeeksi tarkkoja instrumentteja ilmiön havaitsemiseen.

Tutkijaryhmä käytti ilmiön todistamiseen uudenlaista spektroskooppia nimeltään M-EELS (momentum-resolved electron energy-loss spectroscopy). Mittalaitteiden avulla tutkijaryhmä uskoo nähneensä ensimmäisen todisteen excitonien muodostumisesta edeltävästä vaiheesta. Tämä on tutkijoiden mukaan pitävä todiste ilmiöstä.

”Tällä tuloksella on kosmista merkitystä”, sanoo Illinoisin yliopiston professori Peter Abbamonte.

”Siitä lähtien kuin Harvardin yliopiston teoreettinen fyysikko Bert Halperin keksi termin ’excitonium’ 1960-luvulla, tutkijat ovat yrittäneet todistaa sen olemassaoloa.”

Tutkijat sanovat, että löytö avaa mahdollisuuksia muiden kvanttimekaniikan salaisuuksien selvittämiseen. Keksinnön käytännön sovelluksista tutkijat eivät kuitenkaan uskalla sanoa vielä mitään.

Löydöstä kertovat tutkimus on julkaistu Science-lehdessä.