Ученые открыли невозможное состояние материи. Это может означать прорыв

Ученые еще раз доказывают, что из непреложных правил физики могут быть свои исключения. Международная группа исследователей только что подтвердила существование нового квантового состояния материи, которое ранее считалось невозможным. Новое открытие опровергает предыдущие знания о квантовом мире и, если оно подтвердится в дальнейших исследованиях, может повлиять на будущее технологий, сообщает он. Университет Райса.

Они подтвердили теорию восьмилетней давности

Еще в 2017 году группа ученых из Венского технического университета и Университета Райса выдвинула теорию о том, что сильные взаимодействия между электронами могут создавать топологические электронные состояния даже в средах, где, согласно предыдущим моделям, они не должны существовать. Это была смелая идея, не имевшая на тот момент экспериментального подтверждения. Однако теперь исследователи подтвердили теорию на практике.

Команда сосредоточилась на интерметаллических соединениях церия, рутения и олова (CeRu₄Sn₆), которые, как известно, ведут себя аномально при экстремально низких температурах и расположены вблизи так называемой квантовой критической точки.

Это точка, в которой материя находится на границе двух фаз и ее поведение определяется уже не классическими правилами, а квантовыми флуктуациями. Электроны в этом режиме перестают действовать как отдельные частицы и ведут себя скорее как коллективные волны.

Ученые сравнивают это состояние с водой, которая находится ровно на границе между льдом и жидкостью. В такой момент она чрезвычайно чувствительна к любым переменам. Достаточно небольшого колебания температуры, и его структура сразу меняется. В квантовой критичности происходит нечто подобное, только вместо молекул воды между разными квантовыми фазами постоянно перемещаются электроны.

Согласно предыдущим теориям, они не должны были обнаружить никаких упорядоченных электронных состояний в подобной среде, но новое исследование противоречит предыдущему пониманию. Согласно исследованию, измерения электропроводности, магнитных свойств и эффекта Холла выявили явные признаки новой квантовой фазы, которая меняется в зависимости от магнитного поля и давления.

Электроны в материале ведут себя как чрезвычайно «тяжелые» квазичастицы, что является типичным следствием сильных взаимодействий, но в то же время сохраняют топологические свойства, хотя сильные взаимодействия нарушают топологические состояния. Именно сочетание двух, казалось бы, несовместимых явлений делает открытие таким особенным.

«Объединив эти две области, мы вошли на неизведанную территорию. Мы были удивлены тем, что сама по себе квантовая критичность может генерировать топологические свойства даже в сильно взаимодействующей среде». говорит соавтор исследования Лэй Чен.

Ученые отмечают, что новое состояние теперь должно быть подтверждено и в новых материалах, однако, по их мнению, потенциал практического использования огромен и может изменить способ проектирования квантовых устройств сегодня. Современные квантовые компьютеры нуждаются в сильном охлаждении, часто до температур, близких к абсолютному нулю, поскольку даже минимальное тепловое вмешательство может нарушить их квантовое состояние.

Однако новый тип топологических электронных состояний по своей сути более стабилен, а это означает, что он может работать в менее экстремальных условиях и снизить как требования к охлаждению, так и энергопотребление. В то же время это позволит создать более чувствительные датчики и более надежные квантовые биты, которые сохранят точность даже в условиях, когда современные системы выходят из строя.

Читайте больше из категории: Новости