Rydberg polaron - Rydberg polaron

Schematische Darstellung eines Rydberg-Polarons. Strontiumatome (in Gelb) passen in die Umlaufbahn zwischen dem Kern (in Rot) und dem Elektron (in Blau) eines Rydberg-Atoms.

Ein Rydberg-Polaron ist ein exotischer Materiezustand , der bei niedrigen Temperaturen erzeugt wird und in dem ein sehr großes Atom andere gewöhnliche Atome im Raum zwischen dem Kern und den Elektronen enthält. Für die Bildung dieses Atoms mussten Wissenschaftler zwei Bereiche der Atomphysik kombinieren: Bose-Einstein-Kondensate und Rydberg-Atome . Rydberg-Atome werden gebildet, indem ein einzelnes Atom in einen hochenergetischen Zustand angeregt wird, in dem sich das Elektron sehr weit vom Kern entfernt befindet. Bose-Einstein-Kondensate sind ein Materiezustand, der bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt erzeugt wird.

Polaronen werden mithilfe eines Lasers induziert, um Rydberg-Atome anzuregen, die als Verunreinigungen in einem Bose-Einstein-Kondensat enthalten sind. In diesen Rydberg-Atomen kann der durchschnittliche Abstand zwischen dem Elektron und seinem Kern mehrere hundert Nanometer betragen, was mehr als dem Tausendfachen des Radius eines Wasserstoffatoms entspricht. Unter diesen Umständen ist der Abstand zwischen dem Kern und dem Elektron der angeregten Rydberg-Atome größer als der durchschnittliche Abstand der Atome des Kondensats. Infolgedessen liegen einige Atome in der Umlaufbahn des Elektrons des Rydberg-Atoms.

Da die Atome keine elektrische Ladung haben, erzeugen sie nur eine minimale Kraft auf das Elektron. Das Elektron ist jedoch an den neutralen Atomen leicht gestreut, ohne seine Umlaufbahn zu verlassen, und die schwache Bindung, die zwischen dem Rydberg-Atom und den darin enthaltenen Atomen erzeugt wird und diese miteinander verbindet, wird als Rydberg-Polaron bezeichnet. Der neue Zustand der Materie wurde 2016 von Theoretikern der Harvard University vorhergesagt und 2018 durch Spektroskopie in einem Experiment mit einem Strontium-Bose-Einstein-Kondensat bestätigt. Theoretisch könnten bis zu 170 gewöhnliche Strontiumatome in Abhängigkeit vom Radius des Rydberg-Atoms und der Dichte des Bose-Einstein-Kondensats eng in das neue Orbital des Rydberg-Atoms passen . Die theoretischen Arbeiten für das Experiment wurden von Theoretikern der Technischen Universität Wien und der Harvard University durchgeführt , während das eigentliche Experiment und die Beobachtung an der Rice University in Houston, Texas, stattfanden.

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