Вы знакомы с состояниями материи, с которыми мы сталкиваемся ежедневно – такими как твердое тело, жидкость и газ – но в более экзотических и экстремальных условиях могут появиться новые состояния, и ученые из США и Китая обнаружили одно из них ранее в этом году.
Они называют это состояние киральной бозе-жидкости, и, как и в случае с каждым новым расположением частиц, которое мы обнаруживаем, оно может рассказать нам больше о структуре и механизмах Вселенной вокруг нас – и, в частности, о сверхмалых квантовых состояниях. шкала.
Состояния материи описывают, как частицы могут взаимодействовать друг с другом, порождая структуры и различные способы поведения. Зафиксируйте атомы на месте, и вы получите твердое тело. Позвольте им течь, у вас есть жидкость или газ. Разделив заряженные партнерские отношения, вы получите плазму.
Квантовый ландшафт предоставляет частицам еще более странные способы взаимодействия, допуская уникальное поведение, которое лучше всего описать с точки зрения возможностей и энергии.
Исследователи открыли новое состояние через разрушенную квантовую систему . Проще говоря, это система со встроенными ограничениями, которые не позволяют частицам взаимодействовать так, как обычно (отсюда и разочарование).
Эти ограничения – и вызванное ими разочарование – могут привести к захватывающим результатам для ученых. Здесь исследователи сосредоточились на электронах и использовали аналогию с игрой-вечеринкой, чтобы объяснить происходящее.
«Это похоже на игру в музыкальные стулья, призванную расстроить электроны», — сказал физик-теоретик конденсированного состояния Тигран Седракян из Массачусетского университета в Амхерсте.
«Вместо того, чтобы у каждого электрона был один стул, они теперь должны карабкаться и иметь много возможностей там, где они сидят».
Исследователи собрали систему, представляющую собой полупроводниковое устройство с двумя слоями: верхний слой, богатый электронами, и нижний слой со множеством доступных отверстий, в которые электроны могут естественным образом перемещаться. Поворот? Дырок для всех электронов не хватит.
 |
| Иллюстрация полосы рва, типа несостоявшейся системы, созданной учеными. (Фото: sciencealert.com) |
Хотя такую систему по-прежнему трудно наблюдать, команда использовала сверхсильное магнитное поле для измерения того, как движутся электроны, обнаружив первое свидетельство нового кирального состояния бозе-жидкости.
«На краю полупроводникового бислоя электроны и дырки движутся с одинаковыми скоростями», — сказал физик Линцзе Ду из Нанкинского университета в Китае.
«Это приводит к спиральному транспорту, который может дополнительно модулироваться внешними магнитными полями, поскольку каналы электронов и дырок постепенно разделяются под действием более сильных полей».
Это новое состояние выявило некоторые довольно интересные свойства. Например, электроны застынут в предсказуемой структуре и фиксированном направлении вращения при абсолютном нуле, и им не смогут помешать другие частицы или магнитные поля. Эта стабильность может найти применение в цифровых системах хранения данных квантового уровня.
Более того, внешние частицы, воздействующие на один электрон, могут влиять на все электроны в системе благодаря относительно дальнодействующей квантовой запутанности . Это все равно что ударить битком по пачке бильярдных шаров, и все эти шары в ответ полетят в одном направлении – еще одно открытие, которое может оказаться полезным.
Хотя все это связано с физикой очень высокого уровня, каждое подобное открытие – эти причуды и крайние случаи, которые происходят за пределами обычных взаимодействий частиц – приближает нас к полному пониманию нашего мира.
«Квантовые состояния материи встречаются далеко за пределами этих границ, и они гораздо более дикие, чем три классических состояния, с которыми мы сталкиваемся в нашей повседневной жизни», — сказал Седракян.
No comments:
Post a Comment