Учёные зафиксировали остановку суперфлюида, что должно быть невозможно

Найден новый квантовый этап материи: Научный прорыв в исследовании супертекучести и супертвердости

Совсем недавно в научном мире произошел важный прорыв, который может изменить представление о фазах материи. Группа исследователей под руководством ученых из Колумбийского университета и Университета Техаса в Остине объявила о документировании перехода из состояния супертекучести в супертвердость. Как выяснили авторы исследования, этот переход наблюдается с использованием квазичастиц, известных как экситоны, в двухслойном графене.

Супертекучесть, открытая почти столетие назад, характеризуется отсутствием вязкости и возможностью безэнергетического течения жидкости. Однако, несмотря на то, что родители классической физики уже давно знакомы с различными состояниями материи, такими как газы, жидкости и твердые вещества, переход к экзотическим состояниям, таким как супертвердость, остается таинственным и неохваченным.

Супертвердость, в отличие от супертекучести, представляет собой квантовое состояние, которое сочетает в себе кристаллическую структуру твердого тела и текучесть супертекучих веществ. В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученые показали, что при определенных условиях экситоны могут формировать такое состояние. В процессе эксперимента, когда было достигнуто низкое давление и температура, экситоны, ведя себя как супертекучая жидкость, были замечены в переходе к организованной структуре, характерной для твердых тел.

Коавтор исследования, д-р Ли из Университета Техаса, отметил: «Супертекучесть обычно рассматривается как основное состояние при низких температурах. Наблюдение изоляционной фазы, которая превращается в супертекучую, — это беспрецедентное событие. Это наглядно свидетельствует о том, что низкотемпературная фаза является крайне необычным экситонным твердым телом».

Несмотря на то что переход к супертвердости был изучен путем использования лазеров и оптического оборудования, данный эксперимент стал первым, где супертвердость наблюдали в условиях, приближенных к естественным. Созданная в результате эксперимента структура графена, состоящая всего из одного атома, позволяет экситонам легко взаимодействовать и формироваться даже в пределах комнатной температуры, открывая новые горизонты в области квантовых технологий.

Анализируя полученные данные, ученые предполагают, что использование экситонов для управления супертекучестью может быть еще более перспективным, чем исследование с использованием гелия. В отличие от атомов гелия, экситоны в тысячи раз легче и могут ретранслировать квантовые свойства на более высоких температурах. Это открытие имеет огромный потенциал для создания новых технологий и возможностей в области сверхпроводимости и квантовой вычислительной техники.

Исследователи подчеркивают, что их работа только начинает открывать занавес над этой темой и предполагают, что дальнейшие исследования откроют новые аспекты и границы, которые сделают использование экситонов в технологиях реальностью. Возможность явления спонтанного формирования супертвердости создает надежду на создание новых материалов с уникальными свойствами, что может кардинальным образом изменить наши подходы к не только физике, но и к прикладным наукам.

Таким образом, открытие нового квантового состояния материи может не только сенсационно изменить понимание основ физических явлений, но и послужить Потенциалом для инновативных приложений в различных областях, от медицины до энергетических технологий.