Физики подтвердили существование квазичастиц, предсказанных 16 лет назад
Квантовые взаимодействия электронов внутри материалов могут привести к возникновению необычных феноменов. Например, 16 лет назад физики предсказали существование так называемых полудираковских фермионов — квазичастиц, изменяющих свою массу в зависимости от направления движения. Однако обнаружить их в слоистом материале удалось только сейчас, причем случайно. Это может привести к созданию новых материалов с уникальными оптическими свойствами.
Существование экзотических квазичастиц в квантовых материалах не новость для ученых. Например, ранее обнаруженные в графене (одноатомном слое углерода) дираковские фермионы — квазичастицы (или, в теоретической физике, решения уравнения Дирака), которые ведут себя подобно безмассовым или почти безмассовым частицам, движущимся со скоростями, близкими к скорости света, стали отправной точкой для поиска других необычных состояний материи.
В частности, в 2008-2009 годах физики предположили, что в особых условиях смогут наблюдать полудираковские фермионы, которые при движении в одном направлении будут вести себя как безмассовые частицы, а в перпендикулярном — набирать массу. Обнаружить их на практике было сложно и до сих пор никому не удавалось.
Теперь авторы нового исследования, представленного в журнале Physical Review X, зафиксировали их в топологическом полуметалле цирконий-силицид-сульфиде (ZrSiS). Изначально физики из Пенсильванского и Колумбийского университетов (оба — в США) изучали оптические свойства материала, однако данные оказались настолько странными, что потребовалась новая интерпретация.
«Это было совершенно неожиданно. Мы не искали полудираковские фермионы и случайно наткнулись на первое экспериментальное свидетельство существования этих необычных квазичастиц», — рассказал ведущий автор исследования Иньмин Шао (Yinming Shao).
Чтобы получить детальную картину квантовых состояний внутри ZrSiS (его, подобно графену, можно разделить на тончайшие слои), команда под руководством Шао применила метод магнитно-оптической спектроскопии: образец охладили до температуры чуть выше абсолютного нуля и поместили в мощное магнитное поле (примерно в 900 тысяч раз сильнее земного). Затем на образец направили инфракрасный свет.
Оказалось, при наложении магнитного поля энергетические уровни электронов квантуются в так называемые уровни Ландау (энергетические уровни заряженных частиц в магнитном поле) — это характерный признак полудираковских фермионов (то есть особая зависимость переходов между уровнями Ландау от магнитного поля по закону B^(2/3)).
Дело в том, что внутри ZrSiS формируются так называемые нодальные линии — замысловатые цепочки пересечений энергетических уровней в пространстве импульсов. Когда две такие линии пересекаются, возникают особые точки с уникальной энергетической структурой (дираковские точки), превращая локальные электронные состояния в полудираковские фермионы: вдоль одной координаты их энергетический спектр линейный (безмассовый), а вдоль другой — квадратичный (массивный).
Подобно тому, как графен обещает произвести революцию в электронике, это открытие может привести к созданию новых квантовых устройств. Авторы научной работы отметили, что их результаты — первый шаг к пониманию того, как именно эти квазичастицы взаимодействуют друг с другом. Дальнейшие исследования помогут понять, как использовать полудираковские фермионы для создания принципиально новых электронных компонентов.
Telegram 
Дзен 
VK Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Исследователи смоделировали, сколько энергии потратили солдаты, лошади и боевые слоны армии Ганнибала при переходе через тот или иной альпийский перевал. Расчеты показали, что преимущество у перевала Коль-де-ла-Траверсетт: несмотря на свою высоту, это был самый короткий и наименее энергозатратный маршрут из всех.
В эксперименте с участием 15 здоровых мужчин ученые НИУ ВШЭ проанализировали, как фазы сердечного цикла влияют на возбудимость моторной коры, когда человек смотрит на собственную фотографию или лица незнакомых людей. Исследователи обнаружили, что в случае с собственным изображением мозг слабее считывает сигналы сердца — их влияние на кору снижается, хотя ожидалось, что внимание к себе, наоборот, усилит чувствительность к внутренним сигналам тела.
Видеосервисы стали неотъемлемой частью жизни россиян. В 2026 году охваты большинства платформ продолжают расти, в том числе YouTube.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии