Физики обнаружили неизвестное квантовое состояние материи: это изменит технологии (фото)

Графен, также известный как чудо-материал, продолжает удивлять физиков. На этот раз они обнаружили в этом материале странное новое квантовое состояние материи. В частности, физики обнаружили особые топологические электронные кристаллы в слоях скрученного графена. Новое открытие подтверждает предположение о том, как электроны должны вести себя, когда они заперты в кристаллические структуры, и может помочь в создании новых электронных устройств, а также в исследовании сверхпроводимости при комнатной температуре. Исследование опубликовано в журнале Nature, пишет Interesting Engineering.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Пор словам ученых, для своего исследования использовали два слоя графена, состоящего из атомов углерода, расположенных в виде сот. То, как электроны перемещаются между атомами углерода, определяет электрические свойства графена, который в конечном итоге становится внешне похожим на более распространенные проводники, такие как медь. Обычно электроны в графене движутся свободно, поэтому он становится похожим на известные проводники.

Когда физики слегка скрутили один из слоев графена, то возник так называемый муаровый узор, где некоторые атомы углерода из обоих слоев были идеально выровнены, но другие были смещены. Когда электроны проходили через эту скрученную структуру, их поведение полностью менялось. Электроны сильно замедлялись и иногда создавали своеобразные вихри.

Такое поведение привело к странному электронному эффекту. Внутри графина электроны застыли на месте, заставив его действовать как изолятор. Но вдоль краев материала электроны двигались без усилий, позволяя электричеству течь без сопротивления.

Обычно, когда электроны застывают на месте, то такая структура называется кристаллом Вигнера. Но в этом случае вращательное движение электронов привело к созданию парадоксального поведения топологического электронного кристалла, которое не наблюдается в кристаллах Вигнера.

Это необычное квантовое состояние материи позволяет электрическому току плавно течь вдоль краев материала, в то время как внутренняя его часть остается не проводящей, потому что электроны застряли на месте.

Топологические объекты — это формы и пространства, которые не меняются, даже если их растягивать, скручивать или деформировать без разрезания или склеивания. Примером топологического объекта является лента Мебиуса. Как бы вы ни пытались манипулировать лентой, вы не сможете раскрутить ее обратно в обычную петлю, не разорвав ее на части, говорят физики.

Материалы, имеющие топологический ландшафт, обладают сверхъестественной способностью оставаться не подверженным влиянию внешних факторов.

Топологические электронные кристаллы являются очень особенными. В этих уникальных кристаллах электроны движутся очень стабильно, независимо от наличия в материале небольших дефектов. Их делает особенными то, что их стабильность обусловлена ​​внутренней структурой материала, а не внешними воздействиями, такими как температура или давление.

Но такие кристаллы встречаются очень редко, поскольку только определенные материалы имеют правильное расположение атомов для поддержки топологического поведения электронов.

По словам физиков, это открытие может помочь в создании более эффективных электронных устройств, а также квантовых компьютеров и будет полезно для исследования сверхпроводимости при комнатной температуре.

Как уже писал Фокус, физики обнаружили совершенно новые частицы, которые гипотетически должны были существовать.

Также Фокус писал о том, что астрономы нашли крупнейшую структуру в известной Вселенной, которая в 13 000 раз длиннее Млечного Пути.

Еще Фокус писал о том, что физики подтвердили существование третьей формы магнетизма, которая обладает свойствами двух наиболее известных форм этого явления.