Фізики виявили новий квантовий стан матерії: вважалося, що це неможливо

Відкриття нового квантового стану матерії може сприяти розвитку квантових обчислень, підвищенню ефективності електроніки, а також поліпшенню методів зондування і візуалізації. Дослідження опубліковано в журналі Nature Physics, пише ScienceAlert.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Новий квантовий стан, який називається топологічна напівметалева фаза, було раніше передбачено. Теоретично він міг би з'явитися за дуже низьких температур у матеріалі, що складається з церію, рутенію та олова (CeRu4Sn6). Тепер же фізики підтвердили це.

За надзвичайно низьких температур CeRu4Sn6 досягає квантової критичності, тобто точки, в якій матеріал перебуває у стані рівноваги між змінами своєї фази, коли умови настільки холодні, що домінують квантові коливання, фактично перетворюючи матеріал на калюжу хвиль, а не на туман частинок.

Несподіваний поворот у цьому дослідженні полягає в тому, що квантова критичність може призводити до станів, які, як вважалося, визначаються взаємодіями між частинками, наприклад, поведінкою електронів як дискретних носіїв заряду.

За словами фізиків, дослідження показує, що потужні квантові ефекти можуть об'єднуватися, створюючи щось абсолютно нове, що може допомогти сформувати майбутнє квантової фізики.

У фізиці топологія відноситься до геометрії матеріальних структур. Певні топологічні стани можуть захищати властивості частинок, на відміну від того, як сусідні частинки можуть стикатися і порушувати поведінку одна одної. Розуміння топологічних станів зазвичай вимагає об'єднання властивостей у карти частинок, чого, як вважається, матеріал не має в умовах квантової критичності.

І квантова критичність, і топологія корисні в матеріалах з різних причин. Їхнє поєднання може призвести до створення нового класу матеріалів з високою чутливістю до квантових впливів і високою стабільністю.

Коли фізики охолодили CeRu4Sn6 майже до абсолютного нуля і доклали електричний заряд, вони спостерігали явище, відоме як ефект Холла, в електронах, які несуть струм через матеріал. По суті, струм згинався убік.

За словами вчених, це була явна ознака топологічних ефектів. Ефект Холла зазвичай вимагає магнітного поля для відхилення електронів, але в даному випадку магнітного поля не було. Замість цього шлях струму формувався чимось, властивим самому матеріалу.

Фізики виявили, що там, де матеріал був найбільш нестабільним з точки зору його електронних структур, топологічний ефект був найсильнішим. Квантові критичні коливання фактично стабілізували виявлену фазу матерії.

Тепер дослідники хочуть з'ясувати, чи можна виявити цей квантовий стан в інших матеріалах, щоб встановити, наскільки він поширений.

Як уже писав Фокус, у мережі з'явилася заява, нібито з посиланням на NASA, що скоро Земля втратить свою гравітацію, але не назавжди. Вчені пояснили, наскільки це взагалі можливо, і що для цього має статися.

Також Фокус писав про те, як знайти 4 легендарних космічних апарати на нічному небі в січні. Космічні апарати, хоча і допомагають дізнатися більше про Сонячну систему, все ж приречені назавжди залишитися в космосі. Але можна побачити, де вони перебувають.