Вони не рухаються: фізики відкрили форму кристала з дивною поведінкою електронів

Автори нового дослідження, опублікованого в журналі Nature Physics, займалися пошуками нових матеріалів, які можуть містити незвичайні нові агрегатні стани речовини. Під час дослідження вони провели експеримент, який змусив електрони, які вільно переміщуються, залишатися на місці. Хоча подібне явище раніше спостерігали в матеріалах, де електрони обмежені двовимірним простором, вчені вперше його спостерігали в тривимірній кристалічній решітці металу пірохлор, пише ScienceAlert.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

За словами авторів дослідження, вони займаються пошуком матеріалів, які можуть мати невідомі екзотичні властивості або нові агрегатні стани речовини. Тому вони проводять різні експерименти.

Якщо світло можна уявити у вигляді і хвилі, і частинки, то те ж саме стосується і частинок, що складають атоми. Наприклад, електронів. Поведінка електронів у вигляді хвилі має важливе значення для розуміння того, як ці частинки координують свою активність у певних умовах. Хвилі охолоджених електронів можуть об'єднувати сили одна з одною під час заплутування, що дає змогу їм проходити крізь тверді тіла, і таким чином створюються матеріали надпровідники.

Але поведінкою електронів можна керувати в інший спосіб. Розташування елементів у правильних співвідношеннях призводить до створення унікальних перехресть, що перетворює хаотичний рух на плавне повзання, яке називається геометричною фрустрацією.

Пірохлори є складними мінералами з шаблонною структурою, а тому їх часто використовують учені для експериментів. Під час одного з них фізики створили пірохлор із суміші міді, ванадію та сірки, внаслідок чого вийшов геометрично фрустрований метал, який міг направляти хвилі електронів у вузькі місця.

За словами вчених, такий ефект квантового втручання схожий на хвилі, які ковзають поверхнею озера, а потім стикаються одна з одною. Це зіткнення призводить до створення стоячої хвилі, яка не рухається. У випадку з геометрично фрустрованими ґратчастими матеріалами руйнівний вплив чинять хвильові функції електронів.

Вчені виміряли енергію та імпульс електронів у тривимірній решітці, і з'ясували, що одне не залежить від іншого, як це зазвичай буває. У цьому незвичайному просторі, відомому як плоска зона, взаємодії між електронами, що вільно переміщаються, регулюються іншими правилами. Автори дослідження вважають, що ці правила теоретично можуть надати фізикам нове розуміння таких електромагнітних явищ, як надпровідність.

Вчені вважають, що поява плоскої зони через хвилі, що стикаються та проходять через тривимірну решітку, є доказом концепції, що може призвести до створення абсолютно нового класу матеріалів.

Як уже писав Фокус, вченим вдалося створити надміцний матеріал, який може зробити революцію в будівництві літаків і космічних ракет.

Також Фокус писав про те, що фізики з'ясували, що квантові магнітні поля, виявлені на Землі, у тисячі разів сильніші, ніж у об'єктів, які мають найсильніше магнітне поле у Всесвіті.