Физики нашли материал, из-за которого придется переписывать определение топологических состояний
Исследователи обнаружили противоречащее существующему определению топологическое состояние в квантовом материале. Они считают, что пришло время переосмыслить определения для топологических систем и искать их в новых местах.
В квантовой физике частицы в основном рассматривают как волны, а их положение в пространстве не определено. Тем не менее и в рамках этого раздела ученым часто удобно рассматривать частицы как цельные маленькие объекты, перемещающиеся между точками с определенной скоростью. Электрический ток в металлах хорошо описывается как перемещение отдельных электронов, которые можно ускорять и смещать с помощью внешних полей.
Описание свойств материала с помощью модели частиц используется в самых современных физических концепциях, в том числе для топологических материалов. Для этого класса веществ работают особые, основанные на правилах математики и геометрии, правила: поведение частиц определяют через глобальные, а не локальные параметры.
Топологические свойства очень устойчивы к внешним воздействиям и подчиняются определенным геометрическим правилам. С помощью топологии физики описывают закономерности связи между спином электрона и направлением его движения. Небольшие дефекты в материале не меняют эти свойства. Топологическая фаза материалов интересует физиков при изучении сверхпроводимости, квантовой запутанности и спиновых жидкостей. На них возлагают большие надежды и производители квантовых компьютеров.
Однако внутри этой группы существуют материалы, в которых описание с помощью частиц теряет смысл, и ученые не могут рассматривать электроны как объекты с четко определенным положением либо уникальной скоростью. При сверхнизких температурах в квантово-критическом состоянии электроны этих материалов должны «терять» свойства частицы. Должны пропадать и свойственные топологическим материалам свойства.
Исследовательская группа из Венского технического университета (Австрия) показала, что даже в таких материалах проявляются топологические эффекты. Физики работали с тройным соединением церия, рутения и олова CeRu₄Sn₆ при темепературах в диапазоне 50 милликельвин — два кельвина. Статья опубликована в журнале Nature Physics.
Ученые исследовали CeRu₄Sn₆ теоретически. Расчеты показали, что в нем должны существовать топологические состояния, описываемые через частицы. Выбранный материал при этом демонстрировал квантово-критическое поведение, несовместимое с описанием через частицы.
Явное противоречие теории и практики вызвало у группы ученых сомнения в том, стоит ли тратить время на дополнительные исследования. Но любопытство взяло верх, и физики начали поиск экспериментальных свидетельств топологических состояний в материале.
При температурах ниже одного градуса выше абсолютного нуля исследователи пронаблюдали топологические состояния явно: носители заряда отклонялись от своего пути в отсутствие внешнего магнитного поля — аномальный эффект Холла. В обычном эффекте Холла носители заряда отклоняются магнитным полем.
«Топологический эффект наиболее силен именно там, где материал проявляет наибольшие флуктуации. Когда эти флуктуации подавляются давлением или магнитными полями, топологические свойства исчезают», — раскрыла детали первый автор статьи Диана Кирхбаум (Diana Kirschbaum).
Ученые считают, что из-за их открытия пришло время переписать определение топологических состояний в более общих терминах. Команда называет новооткрытое состояние эмерджентным топологическим полуметаллом (emergent topological semimetal). В сотрудничестве с физиками-теоретиками они разработали новую теоретическую модель, способную объединить явления квантовой критичности и топологии.
«Фактически выяснилось, что для существования топологических свойств не требуется их описание через частицы. Концепцию действительно можно обобщить, тогда топологические различия возникают более абстрактным, математическим путем. Более того, наши эксперименты позволяют предположить, что топологические свойства могут возникать даже из-за отсутствия частицеподобных состояний», — отметила руководитель научной группы профессор Зильке Бюлер-Пашен (Silke Bühler-Paschen).
Это открытие имеет важные практические последствия, поскольку указывает на новую стратегию поиска топологических материалов. Физики ожидают найти топологические свойства у других квантово-критических материалов, что расширит возможности для исследований и практических применений.
Telegram 
Дзен 
VK Иногда лучшая помощь природе — просто оставить ее в покое и не мешать. Британские экологи доказали, что заброшенная фермерская пашня способна без миллионных затрат и покупных семян превратиться в роскошный цветущий луг. Для этого потребовалось лишь 11 лет времени и обычный ежегодный покос травы.
Ни один регион на Земле не обладает стопроцентной устойчивостью ко всем возможным глобальным катастрофическим рискам. Тем не менее существует место, имеющее максимальный запас прочности в такой ситуации, — и это Австралия.
Приблизительно 130 миллионов лет назад, когда по земле бродили динозавры, какое-то млекопитающее пробежало по влажной песчаной дюне на территории современной южной части Бразилии. Размер оставленных этим древним существом следов поразил палеонтологов.
Биологи провели молекулярный анализ тканей человеческого мозга и выяснили, что при тяжелой депрессии останавливается процесс образования новых нейронов. Открытие показало, что природа заболевания кроется не только в химическом дисбалансе нейромедиаторов, но и в физическом нарушении клеточного обновления гиппокампа.
Приблизительно 130 миллионов лет назад, когда по земле бродили динозавры, какое-то млекопитающее пробежало по влажной песчаной дюне на территории современной южной части Бразилии. Размер оставленных этим древним существом следов поразил палеонтологов.
Иногда лучшая помощь природе — просто оставить ее в покое и не мешать. Британские экологи доказали, что заброшенная фермерская пашня способна без миллионных затрат и покупных семян превратиться в роскошный цветущий луг. Для этого потребовалось лишь 11 лет времени и обычный ежегодный покос травы.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
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