Квантовая физика пополнилась новым экспериментальным достижением. Группа исследователей впервые в истории наблюдала двусторонний квантовый фазовый переход: сверхтекучая жидкость была преобразована в сверхтвёрдое тело, а затем процесс удалось обратить вспять, вернув материю в исходное сверхтекучее состояние.
Сверхтекучесть — это фаза вещества с нулевой вязкостью. Жидкость в таком состоянии течёт без какого-либо трения, может подниматься по стенкам сосуда, просачиваться через микроскопические щели. Сверхтвёрдое тело — штука куда более экзотическая. Это материал, который одновременно обладает пространственной упорядоченной структурой (как обычное твёрдое тело) и при этом сохраняет свойства сверхтекучести. Само существование такого состояния долго оставалось предметом теоретических споров.
Ключевую роль в эксперименте сыграли экситоны — связанные состояния электрона и электронной дырки. Именно экситоны при определённых условиях выстраивались в упорядоченную кристаллическую структуру, формируя сверхтвёрдую фазу. А потом, при изменении условий, эта структура «распускалась» обратно в сверхтекучее состояние.
Материалом для эксперимента послужил двухслойный графен — структура из двух слоёв графена, уложенных друг на друга. Графен сам по себе уже не первое десятилетие считается чем-то вроде «рабочей лошадки» квантовых экспериментов, но здесь его использование оказалось особенно удачным. Двухслойная конфигурация создала подходящие условия для формирования экситонов и управления фазовыми переходами.
До этого эксперимента учёные могли наблюдать подобные фазовые переходы лишь в одном направлении, либо фиксировали отдельные фазы по отдельности. Обратимый переход — из сверхтекучего в сверхтвёрдое и назад — не удавалось воспроизвести никому. Собственно, именно обратимость и делает результат по-настоящему значимым с точки зрения фундаментальной науки.
Что это даёт на практике? Пока — скорее новое понимание того, как квантовая материя ведёт себя на границах между фазами. Переходы между экзотическими состояниями вещества до сих пор остаются плохо изученной территорией. Каждый подобный эксперимент приоткрывает ещё одну дверь, за которой — новые вопросы. Например, при каких параметрах переход становится необратимым? Существуют ли промежуточные фазы?
Сам факт того, что физикам удалось «переключать» материю между двумя квантовыми состояниями в обоих направлениях, ставит этот эксперимент на совершенно новый уровень. Раньше подобное существовало в теоретических моделях. Теперь у теоретиков есть экспериментальное подтверждение, с которым можно работать.
Изображение носит иллюстративный характер
Сверхтекучесть — это фаза вещества с нулевой вязкостью. Жидкость в таком состоянии течёт без какого-либо трения, может подниматься по стенкам сосуда, просачиваться через микроскопические щели. Сверхтвёрдое тело — штука куда более экзотическая. Это материал, который одновременно обладает пространственной упорядоченной структурой (как обычное твёрдое тело) и при этом сохраняет свойства сверхтекучести. Само существование такого состояния долго оставалось предметом теоретических споров.
Ключевую роль в эксперименте сыграли экситоны — связанные состояния электрона и электронной дырки. Именно экситоны при определённых условиях выстраивались в упорядоченную кристаллическую структуру, формируя сверхтвёрдую фазу. А потом, при изменении условий, эта структура «распускалась» обратно в сверхтекучее состояние.
Материалом для эксперимента послужил двухслойный графен — структура из двух слоёв графена, уложенных друг на друга. Графен сам по себе уже не первое десятилетие считается чем-то вроде «рабочей лошадки» квантовых экспериментов, но здесь его использование оказалось особенно удачным. Двухслойная конфигурация создала подходящие условия для формирования экситонов и управления фазовыми переходами.
До этого эксперимента учёные могли наблюдать подобные фазовые переходы лишь в одном направлении, либо фиксировали отдельные фазы по отдельности. Обратимый переход — из сверхтекучего в сверхтвёрдое и назад — не удавалось воспроизвести никому. Собственно, именно обратимость и делает результат по-настоящему значимым с точки зрения фундаментальной науки.
Что это даёт на практике? Пока — скорее новое понимание того, как квантовая материя ведёт себя на границах между фазами. Переходы между экзотическими состояниями вещества до сих пор остаются плохо изученной территорией. Каждый подобный эксперимент приоткрывает ещё одну дверь, за которой — новые вопросы. Например, при каких параметрах переход становится необратимым? Существуют ли промежуточные фазы?
Сам факт того, что физикам удалось «переключать» материю между двумя квантовыми состояниями в обоих направлениях, ставит этот эксперимент на совершенно новый уровень. Раньше подобное существовало в теоретических моделях. Теперь у теоретиков есть экспериментальное подтверждение, с которым можно работать.
