Ekstremt varme materialer viser temperaturen sin ved å gjøre vrien.
En ny studie antyder at noen materialer oppfører seg rare når de er mye varmere enn omgivelsene. Drevet av nesedykking, spinnende elektroner, vrir de seg opp som korketrekkere.
Men disse funnene er teoretiske og har ennå ikke blitt bevist eksperimentelt, sa forfatteren til hovedstudien Mohammad Maghrebi, adjunkt ved Michigan State University. Maghrebi og teamets forskning startet med et enkelt spørsmål: Hva ville skje hvis du dyttet et materiale ut av likevekt med dets miljø?
Gjenstander stråler stadig fotoner, eller partikler av lys. Når de er i likevekt, under samme forhold, som temperatur, som omgivelsene, skyter gjenstander ut fotoner med samme hastighet som de absorberer andre tilbake.
Dette er "den typen vitenskap som vi er mest kjent med," sa Maghrebi. Men når temperaturen utenfor et objekt er lavere enn temperaturen på det objektet, blir saken kastet ut av likevekt, og da kan "interessante ting skje."
For visse typer materialer fører oppvarming eller avkjøling av omgivelsene til at objektene ikke bare utstråler energi i form av fotoner, men også det som kalles kantet fart - eller tendensen til et roterende objekt å fortsette å rotere, sa Maghrebi.
Selv om fotoner faktisk ikke roterer, har de en eiendom som heter "spinn", sa Maghrebi. Dette spinnet kan beskrives som +1 eller -1. Varme gjenstander som blir kastet ut av likevekt utstråler fotoner med stort sett samme spinn (nesten alle +1 eller nesten alle -1). Denne synkronien med fotoner trekker alt materialet i objektet i samme retning, noe som fører til dette dreiemomentet eller vridningsbevegelsen.
Imidlertid visste forskerne at bare det å være varmere enn omgivelsene ikke ville være nok til å synkronisere spinnene på fotonene og forårsake slik kronglete.
Så de fokuserte teorien sin på en spesiell type materiale som kalles en topologisk isolator, som har en elektrisk strøm, eller elektroner som strømmer på overflaten. Dette materialet er varmere enn miljøet, men det har også "magnetiske urenheter."
Disse urenhetene påvirker elektronene på overflaten slik at de foretrekker den ene rotasjonen (elektronene har også spinn) fremfor den andre. Partiklene overfører deretter deres foretrukne spinn til fotonene som frigjøres, og materialet vrir seg, sa han.
I prinsippet vil du ha en lignende effekt for ethvert materiale så lenge du bruker et magnetfelt på det, sa Maghrebi. Men i de fleste andre materialer, må dette feltet være "virkelig, virkelig, veldig stort, og det er ikke virkelig mulig."
Maghrebi sa at han håper at andre lag vil teste disse teoretiske forutsigelsene ved hjelp av eksperimenter. Om dette bare er et kult fysikkfunn eller noe som kan ha en slags anvendelse, er det uklart.
"Jeg vet faktisk ikke om det kan være noe kult program," sa Maghrebi. Men det "føles som den typen ting som kan ha noen applikasjoner."
Funnene ble publisert 1. august i tidsskriftet Physical Review Letters.
Redaktørens merknad: Denne artikkelen ble oppdatert for å tydeliggjøre at fremtidig eksperimentelt arbeid ville bli utført av andre team, ikke av Maghrebi og teamet hans som alle er teoretiske fysikere.
