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 Исследователи опросили более 60 тысяч испытуемых из разных стран и выяснили: чем больше человек зациклен на себе, тем холоднее он к своему партнеру. Правда, снижение накала страстей не всегда плохо, у этого есть и положительные стороны.
Исследование крупнейшего в Европе массового захоронения медного века Камино-дель-Молино указало на то, что дети и подростки, жившие в Испании почти пять тысяч лет назад, страдали и умирали от хронических респираторных инфекций, в числе которых, вероятно был туберкулез.
Впервые заглянув внутрь «кухни» стареющих клеток кожи, биологи обнаружили, что с возрастом стволовые клетки начинают иначе производить белки, включая молекулы, связанные со стрессом и воспалением. Поскольку старение зависит не только от генов, но и от того, как именно клетка использует генетические инструкции, открытие может помочь найти новый путь для замедления возрастных изменений тканей.
Сотрудники Центра языка и мозга НИУ ВШЭ приняли участие в редкой для детской нейрохирургии операции с пробуждением у 11-летнего пациента с фармакорезистентной эпилепсией. Совместно с врачами НПЦ специализированной медицинской помощи детям имени В.Ф. Войно-Ясенецкого в Солнцево они сопровождали удаление участка левой височной доли, где был выявлен эпилептический очаг.
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина предложили подход к отбору малодебетных нефтегазовых месторождений, которые составляют около 88% нераспределенного фонда нефтяных участков. Модель расчета поможет вовлечь в экономический оборот от 400 до 600 миллионов тонн ранее нерентабельных запасов.
В эпоху искусственного интеллекта и стремительного развития технологий знание языка становится инструментальной компетенцией, а умение работать с учетом культурного контекста — стратегической. В День филолога, кандидат педагогических наук Екатерина Щавелева, заведующая кафедрой иностранных языков и коммуникативных технологий НИТУ МИСИС рассказывает, как гуманитарное образование приобретает новую ответственность и какое будущее у межкультурной коммуникации.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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