Исследование сверхтекучих жидкостей привело к открытию феноменальной квантово-механической фазы, которая может проложить путь к сверхтвердым материалам — пишет « Hi-Tech_Mail.ru ».
Автор Hi-Tech Mail
При понижении температуры большинство веществ ведут себя вполне ожидаемым образом: сначала газ становится жидкостью, а затем твердым телом. Квантовая материя часто нарушает привычные правила физики. Уже более ста лет известно, что при экстремально низких температурах гелий проявляет необычные свойства. Вместо перехода в замороженную фазу, он преобразуется в сверхтекучее состояние — уникальное явление, характеризующееся отсутствием вязкости и способностью протечь сквозь микроскопически узкие щели.
Вопрос о поведении сверхтекучих жидкостей при еще большем снижении температуры долго оставался нерешенным, пишет ScienceDaily. Лишь недавно ученые из университетов Техаса и Колумбии сделали революционное наблюдение. Им удалось зафиксировать новую фазовую трансформацию, ранее считавшуюся невозможной.
Группа специалистов обнаружила, что охлажденная сверхтекучая жидкость способна перестать двигаться вовсе, формируя своеобразную квантово-механическую разновидность твердого тела. Согласно наблюдениям, новая фаза обладает характеристиками твердого материала, при этом она сохраняет некоторые признаки сверхтекучести. Такое открытие создает предпосылки для исследования сверхтвердых материалов.
В отличие от классических твердых тел, где атомы образуют жесткий каркас, сверхтвердые обладают специфическим внутренним порядком. Они сочетают характеристики обоих состояний: жидкости и твердого тела. До недавнего времени прямые доказательства существования таких материалов отсутствовали. Единственным способом добиться похожего эффекта было использование искусственно созданных структур в лабораторных условиях, основанных на лазерных технологиях и сложных системах охлаждения.
Новый эксперимент впервые показал образование подобной структуры естественным путем. Ученые использовали графен. Благодаря особой конфигурации его слоев удалось создать условия, при которых появлялись квазичастицы — экситоны. Под действием сильного магнитного поля они объединялись в коллективное движение, проявляя феноменальные качества сверхтекучести. Анализируя полученные данные, ученые заметили, что изменение числа экситонов и температуры вызывает кардинальные изменения в структуре их движения. Именно это позволило зафиксировать ранее неизвестную фазу, в которой свободная сверхтекучесть сменялась полным затуханием потоков.
Таким образом, исследование открывает перспективу развития новых технологий и материалов, обладающих уникальными свойствами. Если удастся научиться воспроизводить подобные эффекты при комнатных температурах, то появятся принципиально новые устройства, способные кардинально изменить современные технологии хранения энергии, вычислительные системы и датчики.
Тем временем в России разработали костные имплантаты с эффектом памяти. Подробнее о них рассказали в другом материале Hi-Tech Mail.
