Новое свидетельство аномальной фазы материи приближает энергоэффективные технологии

Исследователи нашли доказательства аномальной фазы материи, существование которой предсказывалось в 1960-х годах. Использование его свойств может проложить путь к новым технологиям, способным обмениваться информацией без потерь энергии. Эти результаты сообщаются в журнале. Достижения науки.


При исследовании квантового материала исследователи из Кембриджского университета, руководившие исследованием, обнаружили присутствие неожиданно быстрых волн энергии, проходящих через материал, когда они подвергали его воздействию коротких и интенсивных лазерных импульсов. Они смогли провести эти наблюдения с помощью микроскопической камеры контроля скорости, которая может отслеживать небольшие и очень быстрые движения в масштабе, который затруднен для многих других методов. Этот метод исследует материал двумя световыми импульсами: первый мешает ему и создает волны – или колебания – распространяющиеся наружу по концентрическим кругам, так же, как при падении камня в пруд; второй световой делает снимок этих волн в разное время. Взятые вместе, эти изображения позволили им посмотреть, как ведут себя эти волны, и понять их «предел скорости».

«При комнатной температуре эти волны движутся со скоростью в одну сотую от скорости света, намного быстрее, чем мы могли бы ожидать в обычном материале. Но когда мы переходим к более высоким температурам, это как если бы пруд замерз», – объяснила первый автор Хоуп. Бретшер, который проводил это исследование в Кэвендишской лаборатории Кембриджа. «Мы вообще не видим, как эти волны удаляются от камня. Мы долго искали, почему может происходить такое поведение».

Единственное объяснение, которое, казалось, соответствовало всем экспериментальным наблюдениям, заключалось в том, что материал содержит при комнатной температуре фазу «экситонного изолятора» вещества, которая, хотя и предсказывалась теоретически, на протяжении десятилетий ускользала от обнаружения.

«В экситонном изоляторе наблюдаемые волны энергии поддерживаются заряженными нейтральными частицами, которые могут двигаться со скоростью, подобной электрону. Важно отметить, что эти частицы могут переносить информацию без препятствий со стороны механизмов диссипации, которые в большинстве распространенных материалов влияют на заряженные частицы. как электроны », – сказал доктор Акшай Рао из Кавендишской лаборатории, руководивший исследованием. «Это свойство может обеспечить более простой путь к расчету с энергосбережением при комнатной температуре, чем при сверхпроводимости».

Затем команда из Кембриджа работала с теоретиками по всему миру, чтобы разработать модель того, как существует эта экситонная изолирующая фаза и почему эти волны ведут себя таким образом.

«Теоретики предсказали существование этой аномальной фазы несколько десятилетий назад, но экспериментальные задачи увидеть доказательства этого означали, что только сейчас мы можем применять ранее разработанные структуры, чтобы получить лучшее представление о том, как она ведет себя в реальном материале», – прокомментировал Юта Мураками из Токийского технологического института, который участвовал в исследовании.

«Передача энергии без диссипации бросает вызов нашему нынешнему пониманию переноса в квантовых материалах и открывает воображение теоретиков новым путям их будущих манипуляций», – сказал соавтор Денис Голе из Института Йозефа Стефана и Университета Любляны.

«Эта работа приближает нас к созданию некоторых невероятно энергоэффективных приложений, которые могут использовать это свойство, в том числе в компьютерах». – заключил доктор Рао.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments