Сверхтекучая жидкость замерзает и нарушает законы физики
Физики впервые наблюдали, как сверхтекучая жидкость в графене останавливается и переходит в новое квантовое состояние, похожее на твердое тело
Short Summary
Впервые в истории экспериментов учёные зафиксировали, как сверхтекучая жидкость — состояние материи, определяемое бесконечным, бесстолкновительным течением — полностью останавливается и замерзает. Это произошло в ультратонком графене при экстремально низких температурах и сильном магнитном поле, что указывает на переход в давно предсказанную, но никогда не наблюдавшуюся в естественных условиях фазу — сверхтвёрдое тело.
Сверхтвёрдое тело — это гипотетическое состояние материи, которое сочетает кристаллический порядок атомов (как в твёрдом теле) со способностью течь без трения (как сверхтекучая жидкость). Ранее подобные состояния создавались искусственно в ловушках с помощью лазеров. Однако команда под руководством Кори Дина и Цзя Ли обнаружила, что в двухслойном графене экситоны (связанные пары электронов и дырок) при определённой плотности и температуре спонтанно образуют сверхтекучую жидкость, которая затем замерзает в изолятор при понижении температуры, что противоречит общепринятым представлениям.
Открытие открывает путь к изучению экзотических квантовых фаз в двумерных материалах. По сравнению с гелием, экситоны в графене намного легче, что потенциально позволяет наблюдать квантовые эффекты при более высоких температурах. Исследователи планируют изучить другие слоистые материалы, чтобы найти системы, где сверхтвёрдые состояния могут существовать без сильных магнитных полей, что приблизит понимание этой загадочной фазы материи.
Нарушение классических правил
Сверхтекучая жидкость, которая по определению течёт вечно без трения, была остановлена и перешла в изолирующее состояние при понижении температуры, что противоречит устоявшимся физическим моделям
Естественное сверхтвёрдое тело
Впервые наблюдался спонтанный переход сверхтекучей жидкости в состояние, обладающее признаками сверхтвёрдого тела, в естественной системе (графене) без искусственного удержания частиц в ловушках
Парадоксальное поведение экситонов
В графене при высокой плотности экситоны вели себя как сверхтекучая жидкость, но при снижении плотности и температуры система превращалась в изолятор, а повышение температуры снова восстанавливало сверхтекучесть
Перспективы 2D-материалов
Двумерные материалы, такие как графен, становятся ключевой платформой для изучения квантовых фаз, поскольку их свойства (температура, поля, расстояние между слоями) можно тонко настраивать, а лёгкие экситоны в них могут проявлять квантовые эффекты при более высоких температурах
Text generated using AI
