Внутри изолятор, снаружи проводник: физики впервые подтвердили существование редкого эффекта в плутонии
Группа исследователей из Национальной лаборатории Айдахо (США) и Колумбийского университета смогла экспериментально подтвердить необычные квантовые свойства соединения плутония — гексаборида плутония (PuB6). Работа помогает лучше понять поведение одного из самых сложных элементов периодической таблицы и может оказаться важной для развития электроники и квантовых технологий будущего.
_0_large.jpg)
Изображение сгенерировано GrokПлутоний используется уже несколько десятилетий — как в ядерной энергетике, так и в других стратегических областях. Однако с точки зрения фундаментальной физики этот элемент до сих пор остается одной из самых сложных загадок. Причина заключается в особенностях его электронов, которые взаимодействуют друг с другом настолько сильно, что их поведение крайне трудно предсказать даже с помощью современных компьютерных моделей.
В новом исследовании ученые установили, что гексаборид плутония относится к редкому классу материалов, известных как топологические кондо-изоляторы. Такие материалы ведут себя необычным образом: внутри они практически не проводят электрический ток, зато на их поверхности возникают устойчивые проводящие каналы.
Особенность этих поверхностных токов заключается в том, что они сохраняются даже при наличии дефектов, примесей или других нарушений структуры материала. Именно поэтому подобные вещества считаются перспективными для создания надежной электроники нового поколения и квантовых вычислительных систем.
Для проведения эксперимента исследователям пришлось работать с микроскопическими образцами вещества. Из-за высокой радиоактивности плутония подготовка образцов требует специальных технологий и строгих мер безопасности. После изготовления материал охладили до сверхнизких температур, чтобы исключить влияние тепловых колебаний атомов и наблюдать только квантовые эффекты.
Полученные результаты затем сравнили с компьютерными моделями, созданными в Колумбийском университете. Эксперимент и расчеты показали хорошее совпадение, что позволило впервые надежно подтвердить теоретические предположения о свойствах PuB6.
По словам исследователей, работа важна не только для изучения самого плутония. Она дает ученым новый инструмент для понимания поведения тяжелых элементов и материалов со сложными квантовыми свойствами. В будущем такие исследования могут помочь в разработке новых электронных компонентов, устойчивых к помехам проводников, а также элементов для перспективных квантовых компьютеров.
Фактически ученые получили один из самых чистых и хорошо изученных примеров того, как сильные взаимодействия между электронами могут сочетаться с необычными топологическими свойствами вещества. А это одна из самых активно развивающихся областей современной физики конденсированного состояния.
© iXBT
