Вчені відкривають новий стан матерії, прихований у квантовому світі

Ви знайомі зі станами речовини, з якими ми стикаємося щодня, як-от твердий, рідкий і газоподібний, але в більш екзотичних і екстремальних умовах можуть з’являтися нові стани, і вчені зі США та Китаю знайшли один на початку цього року. Вони називають це хіральним бозе-рідинним станом, і, як і з кожним новим розташуванням частинок, яке ми виявляємо, воно може розповісти нам більше про структуру та механізми Всесвіту навколо нас – і, зокрема, про надмалу квантову величину. масштаб.

Стан матерії описує, як частинки можуть взаємодіяти одна з одною, створюючи структури та різні способи поведінки. Зафіксуйте атоми на місці, і ви отримаєте тверде тіло. Дозвольте їм течі, у вас є рідина або газ. Примусово роз’єднуйте заряджені партнерства, у вас є плазма. Квантовий ландшафт надає ще дивніші способи взаємодії частинок, дозволяючи унікальну поведінку, яка найкраще описується з точки зору можливості та енергії.

Дослідники виявили новий стан через розчаровану квантову систему. Простіше кажучи, це система з вбудованими обмеженнями, які перешкоджають частинкам взаємодіяти, як вони могли б зазвичай (отже, розчарування). Ці обмеження – і, як наслідок, розчарування – можуть створити захоплюючі результати для вчених. Тут дослідники зосередилися на електронах і використали аналогію вечірньої гри, щоб пояснити, що відбувається.

«Це схоже на гру в музичні крісла, призначену для того, щоб зірвати електрони», — сказав фізик-теоретик конденсованих речовин Тигран Седракян з Університету Массачусетса в Амхерсті. «Замість того, щоб у кожного електрона було одне крісло, на яке він міг би піти, тепер вони повинні дертися й мати багато можливостей, де вони сидять».

Дослідники створили напівпровідниковий пристрій із двома шарами: верхній, багатий електронами, і нижній із багатьма доступними отворами, куди електрони можуть проникати природним чином. Поворот? Не вистачає дірок для всіх електронів.

Хоча таку систему залишається важко спостерігати, команда використала надсильне магнітне поле, щоб виміряти, як рухаються електрони, виявивши перші докази нового хірального стану бозе-рідини.

«На краю напівпровідникового подвійного шару електрони та дірки рухаються з однаковими швидкостями», — сказав фізик Лінцзе Ду з Нанкінського університету в Китаї. «Це призводить до спіралеподібного транспорту, який може додатково модулюватися зовнішніми магнітними полями, оскільки електронні та діркові канали поступово розділяються під більш високими полями».

Цей новий стан виявив деякі досить цікаві властивості. Наприклад, електрони заморозяться у передбачувану схему та фіксований напрям обертання при абсолютному нулі, і їм не можуть заважати інші частинки чи магнітні поля. Ця стабільність може мати застосування в цифрових системах зберігання на квантовому рівні.

Щобільше, сторонні частинки, що впливають на один електрон, можуть впливати на всі електрони в системі завдяки квантовому заплутуванню на відносно великій відстані. Це схоже на врізання битка в пачку більярдних куль, і всі ці кулі рухаються в одному напрямку у відповідь – ще одне відкриття, яке може бути корисним. Хоча все це стосується фізики дуже високого рівня, кожне таке відкриття – ці дивацтва та крайні випадки, які відбуваються за межами звичайних взаємодій частинок – наближає нас до повного розуміння нашого світу.

«Ви знаходите вихід із квантових станів матерії на цих краях, і вони набагато дикіші, ніж три класичні стани, з якими ми стикаємось у повсякденному житті», — сказав Седракян. Джерело