Открыта аномальная фаза материи, способная изменить квантовый мир

 Фото: iStock
Фото: iStock

Международная группа исследователей во главе с физиками Кембриджского университета нашла первые доказательства присутствия на нашей планете аномальной фазы материи, существование которой было предсказано еще в 1960-х годах.

Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances, а коротко о нем рассказывает Phys.org. Уже в преамбуле своей статьи исследователи заявляют, что использование свойств такой материи может открыть путь к появлению принципиально новых технологий для обмена информацией без потери энергии.

В ходе своих экспериментов физики подвергали испытуемый материал воздействию коротких и интенсивных лазерных импульсов. В результате они неожиданно зафиксировали присутствие крайне быстрых волн энергии, проходящих через этот материал.

Далее наблюдения за этими волнами велись с помощью микроскопической камеры контроля скорости. Такой прибор способен отслеживать небольшие и очень быстрые движения в маленьком масштабе, что не под силу другим приборам.

При использовании данного метода материал исследуется одновременно двумя световыми импульсами. Первый создает колебания, распространяющиеся наружу по концентрическим кругам. Это можно сравнить с кругами, расходящимися по поверхности пруда после брошенного в него камня.

Второй световой импульс с определенной периодичностью делает снимки этих волн. Сопоставление полученных изображений позволило физикам проследить, как ведут себя расходящиеся волны, и вычислить предел их скорости.

"При комнатной температуре эти волны движутся со скоростью в одну сотую от скорости света, намного быстрее, чем можно ожидать в обычном материале, - говорит ведущий автор научной статьи Хоуп Бретшер. - Но когда мы переходим к более высоким температурам, создается впечатление, что "пруд замерзает". Мы вообще не видим, как эти волны удаляются от "камня". Мы долго искали ответ на вопрос, чем обусловлено столь странное поведение".

В результате было найдено единственное объяснение, которое отвечает всем экспериментальным наблюдениям. Заключается оно в том, что при комнатной температуре возникает фаза "экситонного изолятора" вещества. Она предсказывалась теоретически еще в 1960-е годы, но до сих пор обнаружить ее не удавалось.

"В "экситонном изоляторе" наблюдаемые волны энергии поддерживаются заряженными нейтральными частицами, которые могут двигаться со скоростями электронов, - поясняет доктор Акшай Рао, проводивший исследование в Кавендишской лаборатории. - Важно отметить, что эти частицы могут переносить информацию, не будучи ограниченными механизмами диссипации, которые в большинстве обычных материалов влияют на заряженные частицы, как электроны".

По мнению эксперта, это свойство может обеспечить более простой путь к энергосбережению при комнатной температуре, чем метод сверхпроводимости. Кстати, команда из Кембриджа связалась с физиками-теоретиками, живущими по всему миру, и разработала модель. Она не только подтвердила существование "экситонной изолирующей фазы", но и показала ученым, почему волны ведут себя таким образом.

"Передача энергии без диссипации бросает вызов нашему нынешнему пониманию переноса информации в квантовых материалах и открывает перед теоретиками новые пути для будущих открытий", - считает соавтор работы Денис Голе из Института Йозефа Стефана и Университета Любляны.

В свою очередь доктор Рао добавляет, что "эта работа приближает нас к созданию некоторых невероятно энергоэффективных приложений, которые могут использовать обнаруженное свойство материи, в том числе, в компьютерах".

Поделиться