ANDRZEJ ŚLEBARSKI
Uniwersytet Śląski w Katowicach, Wydział Matematyki, Fizyki i Chemii,
Instytut Fizyki, Zakład Fizyki Ciała Stałego;
ul. Uniwersytecka 4, 40-007 Katowice
e-mail: andrzej.slebarski@us.edu.pl
Opis popularnonaukowy projektu
Nie ma nic piękniejszego niż bujanie w obłokach. I to z łąki lub leżaczka, i to z zamkniętych pomieszczeń, gdy ciało uwięzło przy biurku czy komputerze i tylko
myśl swobodna wymyka się spod kontroli. Chmury są bardzo ważne w życiu człowieka. Służą przepowiadaniu pogody, do wyrażania nastrojów i budowania metafor. Od ulotnych białych strzępków na
błękitnym niebie, do ciężkich gatunkowo i nastrojowo chmur gradowych - każda się do czegoś nadaje i każdy z nich chętnie korzysta.
Do czego więc porównać układ kwazikrystaliczny,
jak nie do chmur? Ale nie do pierwszej lepszej, pospolitej chmury. Nie każdy obłok nadaje się do porównań. Nie może być to zwykły baranek, obłoczek czy choćby nawet solidna chmura warstwowa,
znana w szerokich kręgach jako stratus. Straszliwie skomplikowany układ silnie skorelowany, charakteryzujący rozkład sił i energii pomiędzy elektronami, można przepięknie zilustrować za pomocą
wiszącej nisko nad miastem chmury cumulonimbus mammatus.
Trudno posądzać chmurę o wewnętrzne uporządkowanie. Gołym okiem widać, że raz jest smokiem, raz zamkiem, innym razem motylem. Jednak te wspomniane przypominają uporządkowaniem komórki w tkance lub plastrze miodu. Ład jest jednak tylko powierzchowny. Wewnątrz próżno szukać jakiejkolwiek powtarzalności. Całość można opisać za pomocą wzorów znajdujących zastosowanie w opisie kwazikryształów. Czy twórczy nieład w na pozór uporządkowanym pokoju przeciętnego nastolatka również da się wyrazić za pomocą tych samych zmiennych? Z pewnością nie, choć niejeden nastolatek chętnie dysponowałby naukowym argumentem z dziedziny krystalografii. Jednak uniwersalny charakter natury umożliwia stworzenie takich warunków, żeby chmury zachowywały się jak elektrony a elektrony jak chmury.
Streszczenie naukowe
Elektrony w metalu są prawie swobodnymi cząstkami, to znaczy oddziałują z periodyczną siecią złożoną z atomówrdzeni, ale posiadają dużą możliwość swobody poruszania
się. Od połowy ubiegłego stulecia znane są nowe związki ceru i uranu, w których elektrony jako nośniki przewodnictwa elektrycznego i cieplnego są silnie skorelowane, tzn. oddziałują pomiędzy sobą elektrostatycznymi siłami kulombowskimi (U). Takie układy z silnymi korelacjami elektronowymi formują nowe kwantowe ciecze Fermiego. Początki badań sięgają odkrycia materiałów nadprzewodzących, jednak gwałtowny rozwój tej dziedziny nastąpił po odkryciu efektu Kondo w układach rozcieńczonych, a następnie fluktuującej wartościowości ceru, układów ciężkofermionowych, ciężkofermionowych nadprzewodników, wysokotemperaturowych nadprzewodników, izolatorów Kondo, nielandauowskich cieczy fermionowych, i efektów wynikających z obecności kwantowego punktu krytycznego.
Badania układów silnie skorelowanych prowadzę we współpracy Uniwersytetem Jagiellońskim i Instytutem Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych PAN we Wroc ławiu, oraz z Uniwersytetem w Karlsruhe i Uniwersytetem Kalifornijskim w San Diego. Znaczące jest nasze odkrycie zupełnie nowej kategorii kwantowego punktu krytycznego w układzie domieszkowanego izolatora Kondo CeRhSb, oraz skalowania χ ~ 1/ρ pomiędzy podatnością χ i opornością ρ dla izolatorów Kondo (A. Ślebarski i J. Spałek, Phys. Rev. Lett., 2005).
Definicja układu silnie skorelowanego jest prosta: jest to układ w którym oddziaływania kulombowskie U pomiędzy elektronami najczęściej o symetrii f porównywalne są z energią ruchu (EK) elektronu prawie swobodnego, obsadzającego określony poziom energetyczny w paśmie.
Makroskopowym odzwierciedleniem takiego mikroskopowego
stanu materii może być zaobserwowane zjawisko tworzenia się chmur cumulonimbus mammatus. Energia ruchu EK = 1/2mv2 tych chmur (1. fotografia) jest porównywalna z wewnętrzną energią oddziaływań U pomiędzy cząstkami np. lodu, w wyniku tych oddziaływań uformowały się pędzące z dużą prędkością v obiekty przypominające jednym "kwazikryształy", a innym strefy Brillouine'a (2. fotografia). Dzięki uprzejmości profesora Tadeusza Niedźwiedzia możliwe były do odtworzenia warunki pogodowe towarzyszące powstaniu tych chmur.