Жидкий квантовый кристалл: физики обнаружили новую форму существования материи

Ученые обнаружили ранее неизвестное состояние материи, которое не подпадает под привычные категории твердого тела, жидкости, газа или плазмы —  пишет « Hi-Tech_Mail.ru ».  

Светлана Левченко

Автор новостей

Физики из Университета Ратгерса зарегистрировали новое квантовое состояние — «жидкий квантовый кристалл» — на границе между двумя экзотическими материалами, сформированными в виде тончайшего «сэндвича». Наличие ранее неизвестного состояния материи может объяснить удивительные явления, которые возникают в экстремальных условиях — в данном случае при воздействии сверхсильного магнитного поля.

Речь идет об уникальной квантовой фазе, которая проявляется при взаимодействии проводящего материала, так называемого вейлевского полуметалла, и магнитного изолятора под названием спиновый лед. Необычные физические свойства каждого из этих материалов сами по себе уже давно изучаются учеными, но их совместное поведение оставалось неизученным до недавнего времени. Как рассказал один из авторов работы, доктор Цзун-Чи У, ранее подобное взаимодействие даже не считалось возможным. Однако именно в этой пограничной области и проявились свойства, которые могут открыть путь к новым технологиям на основе квантовых эффектов.

На границе между вейлевским полуметаллом и спиновым льдом обнаружилось явление так называемой электронной анизотропии — это значит, что электрический ток в этом месте протекает в разных направлениях с различной интенсивностью. Физики установили, что в пределах круга в 360 градусов есть ровно шесть направлений, в которых проводимость значительно ниже, чем в остальных. Более того, при увеличении магнитного поля электроны начинают двигаться сразу в двух противоположных направлениях, что является крайне редким эффектом и указывает на нарушение вращательной симметрии, характерной для некоторых квантовых состояний.

По мнению ученых, их открытие позволит управлять свойствами материалов на фундаментальном уровне. Понимание того, как электроны ведут себя в столь необычных условиях, может привести к созданию нового поколения высокочувствительных квантовых сенсоров, способных работать в экстремальных средах — например, в космосе или внутри мощных машин. Особый интерес вызывает тот факт, что вейлевские полуметаллы способны проводить электричество без потерь, а спиновые льды имеют внутреннюю структуру, напоминающую расположение водородных атомов в обычном льде, только в контексте магнитных моментов.

Новые квантовые фазы материи проявляются, как правило, только при крайне низких температурах, высоком давлении или сильных магнитных полях. В данном случае все эти условия были соблюдены, а эксперименты проводились на уникальной установке Национальной лаборатории высоких магнитных полей во Флориде. Особую роль в интерпретации результатов сыграло сотрудничество между экспериментальной и теоретической группами. Как отметил Цзун-Чи У, для понимания новых эффектов им понадобилось более двух лет и тесное взаимодействие с теоретиками, в частности, с группой профессора Джеда Пиксли.

Это открытие — только начало пути. Возможности, которые открываются при комбинировании квантовых материалов, могут оказаться гораздо шире, чем предполагалось ранее. Физики надеются, что их работа вдохновит научное сообщество на дальнейшее изучение этих загадочных и многообещающих состояний материи.

Ранее ученые спустя 100 лет раскрыли тайну квантового туннелирования.