Международная группа физиков открыла квантовое состояние, в котором выравнивание атомов, связанное со спинами, не упорядочено даже при сверхнизких температурах. Ученым удалось охладить созданный материал практически до абсолютного нуля. При этом центральное свойство атомов — их расположение — не «замерзает», как обычно, а остается в «жидком» состоянии, сообщают авторы работы.
На первый взгляд квантовые материалы ничем не отличаются от обычных веществ, но отличия все же есть, говорят исследователи. Внутри таких материалов электроны взаимодействуют с необычной интенсивностью как друг с другом, так и с атомами кристаллической решетки. Это тесное взаимодействие приводит к мощным квантовым эффектам, которые проявляются не только в микроскопическом, но и в макроскопическом масштабе.
Благодаря этим эффектам квантовые материалы обладают необычными свойствами. Например, они могут проводить электричество совершенно без потерь при низких температурах. При этом даже незначительных изменений температуры, давления или электрического напряжения достаточно, чтобы коренным образом изменить поведение материала.
Квантовая жидкость. Изображение: Nan Tang et al., Nature Physics
В своей работе исследователи стремились создать квантовый материал, который не будет изменять своих свойств вне зависимости от температуры среды. Они использовали соединение нескольких элементов — празеодима, циркония и кислорода. Исследователи предположили, что в этом материале свойства кристаллической решетки позволят спинам электронов особым образом взаимодействовать с орбиталями, по которым они «движутся» вокруг ядер атомов.
После серии попыток исследователям удалось создать кристаллы достаточно чистые, чтобы примеси и неоднородности не влияли на расчетные свойства. Они охладили образец до температуры в 20 мК (одна пятидесятая градуса от абсолютного нуля). Результаты экспериментов показали, что в этом состоянии материал сохраняет «жидкие свойства — спины электронов не упорядочиваются. Это первое наблюдение необычного квантового состояния, говорят авторы работы. Они сравнивают его с «водой, которая никогда не замерзнет».
Криогенная установка, использованная в эксперименте. Изображение: Jürgen Jeibmann, HZDR
Новое квантовое состояние можно будет использовать для разработки высокочувствительных квантовых датчиков, полагают ученые. Поскольку их квантовая природа делает их чрезвычайно чувствительными к внешним раздражителям, такие датчики могут регистрировать магнитные поля или температуры с гораздо большей точностью, чем обычные устройства.
Источник: hightech.fm
