Физики открыли новое состояние квантовой материи
Это достижение стало результатом работы команды специалистов из Калифорнийского университета в Ирвайне под руководством профессора физики Луиса А. Хауреги. По словам ученых, новое состояние материи — это не просто теоретическая модель: его впервые удалось зафиксировать экспериментально, что делает открытие по-настоящему уникальным.
Новое квантовое состояние можно сравнить с одним из агрегатных состояний вещества — твердое, жидкое или газообразное — только в мире субатомных частиц. Оно возникает в результате необычного взаимодействия электронов и их противоположностей — так называемых дырок. В этом состоянии электроны и дырки не просто взаимодействуют, но спонтанно объединяются в пары, образуя экзотические квазичастицы — экситоны. Особенность этих экситонов в том, что их спины направлены в одну и ту же сторону, чего ранее никто не наблюдал. Если бы можно было держать это вещество в руках, по словам Хауреги, оно светилось бы ярким светом с высокой частотой.
Для того чтобы зафиксировать это состояние, физикам пришлось создать особый материал — пентателлурид гафния, который был синтезирован в лаборатории университета постдокторантом Цзинью Лю и его коллегами. Далее материал подвергли воздействию экстремально сильного магнитного поля — до 70 Тесла, что в сотни раз превышает силу поля обычного бытового магнита. Этот эксперимент проводился в Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико. Именно в этих условиях материал внезапно терял свою способность проводить электрический ток, что указывало на его переход в новое квантовое состояние.
Хауреги подчеркивает, что это открытие может полностью изменить существующий подход к разработке энергоэффективной электроники. В традиционных материалах сигналы передаются с помощью электрического заряда, но в новом веществе вместо электричества можно использовать спин частиц, то есть, направление их квантового вращения, что позволит существенно снизить энергопотребление. Подобная технология лежит в основе перспективного направления спинтроники и квантовых вычислений.
Еще одно важное свойство нового материала — его устойчивость к радиации. Это делает его особенно перспективным для применения в условиях космоса, где высокая радиационная нагрузка может выводить из строя обычную электронику. В контексте растущего интереса к пилотируемым миссиям, например, на Марс, подобные решения становятся критически важными. «Если мы хотим, чтобы компьютеры в космосе работали долго, наше открытие может стать одним из возможных решений», — отмечает Хауреги.
Пока что ученые не до конца понимают весь спектр потенциальных применений этого состояния материи, но они уверены, что оно может лечь в основу принципиально нового направления в физике конденсированных сред.
