Фізики створили квантову рідину, яка ніколи не замерзає

Міжнародна група фізиків відкрила квантовий стан, в якому вирівнювання атомів, пов'язане з

спинами, не впорядковано навіть при наднизькихтемпературах. Вченим удалося охолодити створений матеріал практично до абсолютного нуля. При цьому центральна властивість атомів — їхнє розташування — не «замерзає», як завжди, а залишається у «рідкому» стані, повідомляють автори роботи.

На перший погляд, квантові матеріали нічим невідрізняються від звичайних речовин, але відмінності все ж таки є, кажуть дослідники. Усередині таких матеріалів електрони взаємодіють із незвичайною інтенсивністю як один з одним, так і з атомами кристалічних ґрат. Ця тісна взаємодія призводить до потужних квантових ефектів, які виявляються не тільки в мікроскопічному, а й у макроскопічному масштабі.

Завдяки цим ефектам квантові матеріалимають незвичайні властивості. Наприклад, вони можуть проводити електрику без втрат при низьких температурах. При цьому навіть незначних змін температури, тиску або електричної напруги достатньо, щоб докорінно змінити поведінку матеріалу.

Квантова рідина. Зображення: Nan Tang et al., Nature Physics

У своїй роботі дослідники прагнули створитиквантовий матеріал, який не змінюватиме своїх властивостей незалежно від температури середовища. Вони використовували з'єднання кількох елементів - празеодима, цирконію та кисню. Дослідники припустили, що в цьому матеріалі властивості кристалічної решітки дозволять спинам електронів особливим чином взаємодіяти з орбіталями, якими вони рухаються навколо ядер атомів.

Після серії спроб дослідникам вдалосястворити кристали досить чисті, щоб домішки та неоднорідності не впливали на розрахункові властивості. Вони охолодили зразок до температури 20 мК (одна п'ятдесята градуса від абсолютного нуля). Результати експериментів показали, що в цьому стані матеріал зберігає рідкі властивості — спини електронів не впорядковуються. Це перший спостереження незвичайного квантового стану, кажуть автори роботи. Вони порівнюють його з "водою, яка ніколи не замерзне".

Кріогенна установка, використана в експерименті. Зображення: Jürgen Jeibmann, HZDR

Новий квантовий стан можна будевикористовувати для розробки високочутливих квантових датчиків, вважають учені. Оскільки їхня квантова природа робить їх надзвичайно чутливими до зовнішніх подразників, такі датчики можуть реєструвати магнітні поля або температури з набагато більшою точністю, ніж звичайні пристрої.

Читати далі:

Яйце скинули з космосу: подивіться, що сталося з ним.

Амеба, що поїдає мозок, поширюється в США: чи є небезпека для Росії

Подивіться, як виглядає жінка Тора. Вона жила 800 років тому