Extreem hete materialen laten hun temperatuur zien door de twist te doen.
Een nieuwe studie suggereert dat sommige materialen zich raar gedragen als ze veel heter zijn dan hun omgeving. Aangedreven door neusduiken, draaiende elektronen draaien ze als kurkentrekkers.
Maar deze bevindingen zijn theoretisch en moeten nog experimenteel worden bewezen, zei hoofdonderzoeksauteur Mohammad Maghrebi, een assistent-professor aan de Michigan State University. Het onderzoek van Maghrebi en zijn team begon met een simpele vraag: wat zou er gebeuren als je een materiaal uit evenwicht zou stoten met zijn omgeving?
Objecten stralen constant fotonen of lichtdeeltjes uit. Wanneer ze in evenwicht zijn, stoten objecten onder dezelfde omstandigheden, zoals temperatuur, als hun omgeving fotonen uit met dezelfde snelheid waarmee ze anderen terug absorberen.
Dit is 'het soort wetenschap dat we het meest kennen', zei Maghrebi. Maar als de temperatuur buiten een object lager is dan de temperatuur van dat object, wordt het ding uit evenwicht gegooid en kunnen 'interessante dingen gebeuren'.
Voor bepaalde soorten materialen zorgt het opwarmen of afkoelen van de omgeving ervoor dat de objecten niet alleen energie uitstralen in de vorm van fotonen, maar ook wat wordt genoemd impulsmoment - of de neiging van een roterend object om te blijven draaien, zei Maghrebi.
Hoewel fotonen niet echt draaien, hebben ze een eigenschap die 'spin' wordt genoemd, zei Maghrebi. Deze spin kan worden omschreven als +1 of -1. Hete objecten die uit evenwicht worden geworpen, stralen fotonen uit met meestal dezelfde spin (bijna alle +1 of bijna alle -1). Deze synchronisatie van fotonen trekt al het materiaal in het object in dezelfde richting, wat leidt tot dit koppel of deze draaiende beweging.
De wetenschappers wisten echter dat alleen heter zijn dan de omgeving niet genoeg zou zijn om de spins van de fotonen te synchroniseren en een dergelijke draaiing te veroorzaken.
Dus richtten ze hun theorie op een speciaal type materiaal, een topologische isolator genaamd, die elektrische stroom heeft, of elektronen die over het oppervlak stromen. Dit materiaal is heter dan zijn omgeving, maar het heeft ook 'magnetische onzuiverheden'.
Deze onzuiverheden beïnvloeden de elektronen op het oppervlak zodat ze de voorkeur geven aan de ene spin (elektronen hebben ook spin) boven de andere. De deeltjes brengen vervolgens hun favoriete spin over naar de fotonen die vrijkomen en het materiaal draait, zei hij.
In principe zou je voor elk materiaal een soortgelijk effect hebben, zolang je er een magnetisch veld op toepast, zei Maghrebi. Maar in de meeste andere materialen zou dat veld 'echt, echt, echt enorm groot moeten zijn, en dat is niet echt mogelijk'.
Maghrebi zei dat hij hoopt dat andere teams deze theoretische voorspellingen zullen testen met experimenten. Of dit gewoon een coole fysica-bevinding is of iets dat een soort toepassing kan hebben, dat is onduidelijk.
'Ik weet eigenlijk niet of er een gave applicatie is,' zei Maghrebi. Maar het 'voelt als iets dat voor sommige toepassingen geschikt kan zijn'.
De bevindingen werden op 1 augustus gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters.
Noot van de redacteur: dit artikel is bijgewerkt om te verduidelijken dat elk toekomstig experimenteel werk zou worden uitgevoerd door andere teams, niet door Maghrebi en zijn team, die allemaal theoretisch natuurkundigen zijn.
