Учёные из Калифорнийского университета в Ирвайне (UCI) совершили прорывное открытие, обнаружив в синтезированном материале ранее неизвестное квантовое состояние вещества. Это достижение способно кардинально расширить возможности как в области квантовых вычислений, так и в освоении дальнего космоса, открывая путь к созданию сверхэффективной и устойчивой к радиации электроники.
Экситонная фаза: четвёртое состояние?
Результаты исследования, опубликованные в авторитетном журнале Physical Review Letters, описывают уникальную квантовую фазу. В ней электроны и их «дырки» (отсутствующие электроны) спонтанно связываются, формируя экзотические квазичастицы — экситоны. Ведущий автор работы, профессор Луис А. Хауреги, проводит яркую аналогию: это похоже на открытие четвёртого, ранее неизвестного состояния воды помимо льда, жидкости и пара. Особенность в том, что частицы в этом состоянии вращаются синхронно, в одном направлении, что приводит к необычным свойствам. Например, материал способен испускать яркий высокочастотный свет.
Материал-герой и экстремальные испытания
Носителем этих удивительных свойств стал искусственно созданный пентателлурид гафния, который синтезировал постдок Цзиньюй Лю. Чтобы подтвердить существование новой квантовой фазы, материал подвергли воздействию колоссального магнитного поля силой до 70 тесла (в 700 раз сильнее обычного магнита). Эти эксперименты были проведены в Лос-Аламосской национальной лаборатории (LANL). Ключевым доказательством стало резкое падение электропроводности материала в магнитном поле — явный признак перехода в новое квантовое состояние.
От заряда к спину: революция в передаче информации
Профессор Хауреги объясняет, что это открытие предполагает принципиально иной способ передачи информации — не с помощью электрического заряда, как в современных чипах, а посредством спина частиц. Такая технология, известная как спинтроника, сулит колоссальное снижение энергопотребления электронных устройств и может стать основой для более стабильных и мощных квантовых компьютеров.
Обратите внимание: Ужасающий ураган Хелен показали из космоса.
Не только эффективность, но и выживание в космосе
Однако значение открытия выходит далеко за рамки энергосбережения. Пентателлурид гафния демонстрирует высокую устойчивость к радиации, что является критически важным свойством для длительных межпланетных миссий. «Если мы хотим, чтобы компьютеры надёжно работали на Марсе или в межзвёздных путешествиях, нам нужны компоненты, которые не выйдут из строя под многолетним воздействием космических лучей», — подчёркивает Хауреги. Эта технология представляет огромный интерес для компаний, подобных SpaceX, которые планируют пилотируемые полёты к Красной планете.
Междисциплинарный успех
Достижение стало результатом масштабного сотрудничества. Помимо Цзиньюй Лю, в экспериментальной работе участвовали аспиранты Роберт Вельсер и Тимоти МакСорли, а также исследователь Триет Хо. Теоретическую поддержку обеспечила группа учёных из LANL, а экстремальные магнитные поля для испытаний были созданы при участии специалистов из Национальной лаборатории сильных магнитных полей во Флориде.
Ворота в новую технологическую эру
Хотя до коммерческого применения ещё далеко, открытие знаменует собой важную веху в физике конденсированного состояния. «Мы не знаем, какие двери это откроет, но это совершенно новая область исследований, и это всегда невероятно волнительно», — говорит Луис Хауреги. Под пристальным вниманием аэрокосмической индустрии и разработчиков квантовых технологий пентателлурид гафния становится ключевым кандидатом для решения двух грандиозных задач XXI века: создания энергоэффективной электроники и обеспечения технологического выживания человечества за пределами Земли.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.