Сверхтекучий металлический водород – открытие «на экране монитора»
Мы нередко пишем о том, какие новые технологии используются или могут быть использованы для элементной базы компьютеров нового поколения. Но не стоит забывать и о любопытных эффектах и явлениях, предсказанных в результате численных расчетов – если раньше о таких открытия говорили – «на кончике пера», то теперь можно сказать – «на экране монитора». Одним из таких явлений стало предсказание нового квантового состояния – сверхтекучих жидких металлов. Новое агрегатное состояние, в частности, предсказывается для водорода и его изотопов при высоком давлении (см. Phys. Rev. Lett. 95 135301).Уже известные науке сверхсостояния – сверхпроводимость и сверхтекучесть, наблюдаются при очень низкой температуре, когда длина волны де Бройля частиц материи становится сравнимой со средним расстоянием между ними. В сверхпроводящих металлах электроны, вернее, Куперовские пары электронов, распространяются в постоянном электрическом поле без сопротивления, сверхтекучие жидкости, в свою очередь, обладают нулевой вязкостью.
Как показали в прошлом году Егор Бабаев и и Асле Судбо (Asle Sudbo) из Норвежского Университета Науки и Технологии, а также Нил Эшкрофт (Neil Ashcroft) из Корнелльского Университета; водород, будучи подвержен высокому давлению, образует металлическую (то есть, содержащую свободные носители электрического заряда) жидкость из протонов и электронов и способен образовать два сверхсостояния: сверхпроводящее и сверхтекучее (нулевое сопротивление и нулевая вязкость) или металлическое сверхтекучее (нулевая вязкость, но ненулевое сопротивление, см. Nature 431 666).
Проведенные в этом году на базе Норвежского Суперкомпьютерного Центра в Трондхейме вычисления подтверждают возможность возникновения сверхтекучего состояния. В этом состоянии протоны и электроны формируют вортексы (которые некоторые из авторов называют «квантовыми торнадо»). Если электроны и протоны движутся в этих вортексах (на рисунке – синих и красных, соответственно) в одном и том же направлении, сверхтекучая жидкость обладает нулевым электрическим сопротивлением, если же в противоположных – электрическое сопротивление отлично от нуля.
Единственная проблема – перечисленные эффекты возможны лишь при давлениях порядка 4 млн. атмосфер. А значит, об экспериментальной проверке этих предсказаний пока приходится лишь мечтать, хотя, если учесть опыт создания сверхтвердых искусственных алмазов в Университете Карнеги в Вашингтоне (с дополнительными атомами углерода внутри элементарных ячеек), можно ждать, что синтез порядка 10 млн. атмосфер – дело ближайших пяти-десяти лет.
© iXBT
