Одна з найскладніших речей у дослідженні квантового світу полягає в тому, що багато явищ у цій «невидимій» сфері відбуваються в приголомшливо малих масштабах. Візьмемо, наприклад, те, що відомо як квантовий ефект Холла.
Вперше відкритий у 1980 році німецьким фізиком Клаусом фон Кліцінгом, цей ефект описує поведінку електронів (під впливом магнітного поля та при наближенні температур до абсолютного нуля), коли вони проходять через двовимірні матеріали, такі як графен. Зазвичай очікується, що електрони відчуватимуть опір та розсіюватимуться, але за цих умов вони утворювали енергетичні стани без втрат, заблоковані вздовж межі матеріалу.
Міжнародна група фізиків повідомила про відкриття так званого «прихованого крайового стану» у квантових матеріалах, який може стати основою для створення практично нескінченних джерел енергії. Це явище, яке до недавнього часу існувало лише у теоретичних розрахунках, було підтверджено в лабораторних експериментах і вже викликає серйозний інтерес серед науковців та інженерів.
Крайові стани відомі у фізиці завдяки топологічним матеріалам, у яких електрони можуть рухатися по поверхні або краю без опору. Це робить їх унікальними кандидатами для розвитку квантових технологій і нових типів електроніки. Проте виявлений прихований варіант крайового стану має ще більш дивовижні властивості — він здатний підтримувати енергетичний потік майже без втрат, що теоретично відкриває шлях до джерела енергії з практично нескінченним терміном роботи.
Дослідники пояснюють, що мова йде не про «вічний двигун» у класичному розумінні, а про фізичний ефект, який дозволяє використовувати енергію системи з максимальною ефективністю. У таких станах енергія не розсіюється традиційним шляхом, тому система може зберігати стабільність набагато довше, ніж у звичайних умовах.
Потенційні застосування цього відкриття надзвичайно широкі. Від надпровідних систем і квантових обчислювальних пристроїв до нових видів накопичувачів енергії та високоефективних генераторів — усюди, де важлива мінімізація втрат, крайові стани можуть стати справжнім проривом.
Наразі вчені працюють над детальнішим вивченням властивостей цього явища та пошуком матеріалів, у яких воно може проявлятися найефективніше. Якщо дослідження підтвердять первинні результати, перед людством відкриється можливість створення абсолютно нової енергетичної інфраструктури, яка радикально змінить наше уявлення про виробництво та споживання енергії.
Відкриття прихованого крайового стану вкотре доводить, що на перетині квантової фізики та матеріалознавства можуть виникати ідеї, які здавалися фантастикою. І хоча до практичної реалізації ще довгий шлях, потенціал цієї знахідки ставить її в один ряд із найбільш перспективними науковими досягненнями сучасності.
За словами дослідників, це дозволило команді спостерігати за формуванням цих крайових станів «протягом мілісекунд і мікронів», що є набагато більш керованими експериментальними параметрами. Результати дослідження були опубліковані в журналі Nature Physics.