|
Обнаружили новое состояние материи
|
|
|
|
В 2016 году трое исследователей из Брауна, Принстона и Вашингтонского университета получили Нобелевскую премию по физике за теоретическое открытие топологических фаз материи. Согласно IEEE Spectrum, эти материалы, включая такие прорывные разработки, как топологические изоляторы, которые являются изолирующими внутри и проводящими снаружи, потенциально подходят для широкого спектра применений, включая транзисторы со сверхнизким энергопотреблением, лазеры для сканирования рака и средства связи в открытом космосе за пределами 5G.
|
|
|
|
Спустя десять лет после присуждения престижной премии ученые все еще узнают что—то новое об этих топологических материалах, особенно о квантовой критичности - фазовых переходах, которые происходят вблизи абсолютного нуля. Обычно считается, что электроны в этих топологических состояниях существуют как частицы, но исследователи, проводившие новое исследование в журнале Nature Physics, обнаружили, что это не всегда так. В сложном соединении, состоящем из церия, рутения и олова (CeRu4Sn6), электроны теряют свое частичное состояние, но теория гласит, что они все еще должны сохранять топологическое состояние. По словам ведущего исследователя Дианы Киршбаум, это представляет собой загадку.
|
|
|
|
“Материал колеблется между двумя различными состояниями, как будто он не может решить, какое из них он хочет принять”, - сказал Киршбаум в заявлении для прессы. “Считается, что в этом колеблющемся режиме изображение квазичастиц теряет свой смысл”.
|
|
|
|
|
|
|
Область топологии по своей сути является математической, которая анализирует природу форм независимо от деформации. Силке Бюлер-Пашен, старший автор исследования, описывает топологию на примере яблок и пончиков. Например, вы не можете превратить яблоко в пончик, “потому что в пончике есть отверстие, которое невозможно создать непрерывной деформацией”, - сказал Бюлер-Пашен.
|
|
|
|
Подобно аналогии с продуктами питания, частицы также обладают свойствами - энергией, скоростью и ориентацией вращения, — которые не меняются, даже когда сами частицы подвергаются относительно незначительным изменениям. По словам авторов, такая стабильность делает топологические эффекты привлекательными, когда речь заходит о разработке технологий хранения данных или даже направления электрического тока без использования магнитов. Однако описания этих топологий основаны на четко определенных свойствах, которые, как объясняет Киршбаум, точно не присущи этому экзотическому материалу.
|
|
|
|
“Он демонстрирует квантово-критическое поведение, которое считается несовместимым с представлением о частицах”, - сказал Киршбаум в заявлении для прессы. “Тем не менее, простые теоретические подходы, которые игнорируют эти свойства, не связанные с частицами, ранее предсказывали, что материал должен обладать топологическими характеристиками”.
|
|
|
|
При дальнейшем исследовании они обнаружили, что CeRu4Sn6 демонстрирует аномальный пример так называемого эффекта Холла, который обычно описывает отклонение носителей заряда магнитным полем. Однако в данном случае магнитное поле не требовалось. Вместо этого отклонение обусловлено собственными топологическими свойствами материала, что позволяет предположить, что для создания топологических свойств не требуется изображение частиц. И, как отмечает Бюлер-Пашен: “Топологические свойства могут возникать даже из-за отсутствия состояний, подобных частицам”.
|
|
|
|
Авторы описывают это явление как “возникающий топологический полуметалл” — тип топологического материала, у которого существует множество топологически уникальных разновидностей. (Некоторые из них могут даже обладать весьма удивительными характеристиками, например, генерировать из света в десять раз больше электрического тока, чем любой другой известный материал.) Установив эту связь между топологическими свойствами и квантово-критическим поведением, команда ученых пришла к выводу, что еще много новых материалов только ждут своего открытия.
|
|
|
|
Источник
|
