НаверхОткрыто новое состояние материи: «полулёд-полупламя»!
Прорыв в квантовых вычислениях: необычная форма материи может изменить будущее технологий
Физики открыли новую фазу материи, получившую название «наполовину лёд, наполовину огонь», которая может открыть новые возможности в таких областях, как квантовые вычисления.
Новая фаза сочетает в себе ряд «направленных вверх» спинов электронов внутри атома, которые являются высокоупорядоченными и называются холодными циклами, с рядом «направленных вниз» спинов, которые являются высоконеупорядоченными и называются горячими циклами. Из-за этого фаза получила название «наполовину лёд, наполовину огонь».
«Наполовину лёд, наполовину огонь» — важное открытие не только из-за своей новизны, но и потому, что оно позволяет резко переключаться между фазами при разумных температурах. Это аналог состояния «наполовину огонь, наполовину лёд», впервые наблюдавшегося той же командой в Брукхейвенской национальной лаборатории — физиками Вэйго Инем и Алексеем Цвеликом вместе с их тогдашним стажёром Кристофером Ротом — ещё в 2016 году.
По мнению команды исследователей, эти открытия проливают свет на некоторые ключевые вопросы физики и материаловедения, а также расширяют возможности по выявлению новых состояний вещества с экзотическими свойствами и управлению переходом между этими состояниями.
«Решение этих проблем может привести к значительному прогрессу в таких технологиях, как квантовые вычисления и спинтроника», — сказал Инь в заявлении Брукхейвенской национальной лаборатории. Цвелик добавил, что результаты исследования команды «могут открыть новые возможности для понимания и контроля фаз и фазовых переходов в некоторых материалах».
«Недостающие фрагменты головоломки»
Инь и Цвелих впервые обнаружили «наполовину лёд, наполовину огонь», когда исследовали тип магнитного материала, называемый ферримагнетиком. В ферримагнетиках есть атомы с противоположными магнитными моментами, но из-за того, что их количество неодинаково, сохраняется некоторая намагниченность.
Конкретным ферримагнетиком, в котором наблюдался эффект «наполовину лёд, наполовину огонь», является Sr3CuIrO6 — соединение, состоящее из стронция, меди, иридия и кислорода. Это тот же материал, в котором команда учёных изначально обнаружила эффект «наполовину огонь, наполовину лёд», который они вызвали или заставили возникнуть в ферримагнетике, подвергнув его воздействию внешнего магнитного поля. В «наполовину огне, наполовину льду» горячие вращения происходили на медных участках и сопровождались меньшими магнитными движениями, в то время как на иридиевых участках наблюдались холодные вращения с более значительными магнитными движениями.
Хотя это было захватывающее открытие, Цвелика признал, что это был лишь первый шаг.
«Несмотря на наши обширные исследования, мы до сих пор не знаем, как можно использовать это состояние, — сказал он. — Нам не хватало кусочков головоломки».
Недавнее исследование, проведённое под руководством Инь, показало, что у «полуогня, полульда» есть скрытое противоположное состояние, в котором горячие и холодные частицы меняются местами. Команда учёных определила чрезвычайно узкий диапазон температур, в котором происходит переход между фазами, что открывает многообещающие перспективы для ряда областей.
С коммерческой точки зрения такое сверхбыстрое переключение фаз может привести к прогрессу в области холодильных технологий. Возможно даже, что сами фазы можно будет использовать в качестве битов в рамках нового подхода к хранению квантовой информации. «Дверь в мир новых возможностей теперь широко распахнута», — сказал Инь.
Исследование новой фазы, проведённое командой, было опубликовано в журнале Physical Review Letters в декабре 2024 года.
Тяжёлая тёмная материя может разрушить наши представления о Вселенной!
