Фізікі выявілі новы квантавы стан матэрыі

• 21.01.2026, 16:19

Лічылася, што гэта немагчыма

Адкрыццё новага квантавага стану матэрыі можа спрыяць развіццю квантавых вылічэнняў, павышэнню эфектыўнасці электронікі, а таксама паляпшэнню метадаў зандавання і візуалізацыі. Даследаванне апублікавана ў часопісе Nature Physics, піша ScienceAlert.

Новы квантавы стан, які называецца тапалагічная паўметалічная фаза, раней быў прадказаны. Тэарэтычна ён мог бы з’явіцца пры вельмі нізкіх тэмпературах у матэрыяле, які складаецца з цэрыя, рутэнія і волава (CeRu4Sn6). Цяпер фізікі пацвердзілі гэта.

Пры надзвычай нізкіх тэмпературах CeRu4Sn6 дасягае квантавай крытычнасці, то бок кропкі, у якой матэрыял знаходзіцца ў стане раўнавагі паміж зменамі сваёй фазы, калі ўмовы настолькі халодныя, што дамінуюць квантавыя ваганні, фактычна ператвараючы матэрыял у лужыну хваль, а не ў туман часціц.

Нечаканы паварот у гэтым даследаванні палягае ў тым, што квантавая крытычнасць можа прыводзіць да станаў, якія, як лічылася, вызначаюцца ўзаемадзеяннямі паміж часціцамі, напрыклад паводзінамі электронаў як дыскрэтных носьбітаў зараду.

Паводле фізікаў, даследаванне паказвае, што магутныя квантавыя эфекты могуць аб’ядноўвацца, ствараючы нешта зусім новае, што можа дапамагчы сфармаваць будучыню квантавай фізікі.

У фізіцы тапалогія адносіцца да геаметрыі матэрыяльных структур. Пэўныя тапалагічныя станы могуць абараняць уласцівасці часціц, у адрозненне ад таго, як суседнія часціцы могуць сутыкацца і парушаць паводзіны адна адной. Разуменне тапалагічных станаў звычайна патрабуе аб’яднання ўласцівасцяў у мапы часціц, чаго, як лічыцца, матэрыял не мае ва ўмовах квантавай крытычнасці.

І квантавая крытычнасць, і тапалогія карысныя ў матэрыялах з розных прычын. Іх спалучэнне можа прывесці да стварэння новага класа матэрыялаў з высокай адчувальнасцю да квантавых уздзеянняў і высокай стабільнасцю.

Калі фізікі астудзілі CeRu4Sn6 амаль да абсалютнага нуля і прыклалі электрычны зарад, яны назіралі з’яву, вядомую як эфект Холла, у электронах, што нясуць ток праз матэрыял. Па сутнасці, ток адхіляўся ўбок.

Паводле вучоных, гэта быў відавочны прызнак тапалагічных эфектаў. Эфект Холла звычайна патрабуе магнітнага поля для адхілення электронаў, але ў дадзеным выпадку магнітнага поля не было. Замест гэтага шлях току фармаваўся чымсьці, уласцівым самому матэрыялу.

Фізікі выявілі, што там, дзе матэрыял быў найбольш нестабільны з пункту гледжання яго электронных структур, тапалагічны эфект быў наймацнейшы. Квантавыя крытычныя ваганні фактычна стабілізавалі выяўленую фазу матэрыі.

Цяпер даследчыкі хочуць высветліць, ці можна выявіць гэты квантавы стан у іншых матэрыялах, каб усталяваць, наколькі ён распаўсюджаны.