Вчені вперше зафіксували прихований стан матерії

Науковці з Brown University та University of Michigan College of Engineering вперше змогли стабілізувати раніше невловимий стан матерії, який десятиліттями існував лише в теоретичних моделях. Відкриття допомогло підтвердити давні прогнози фізиків і може відкрити нові можливості для квантових технологій

Фото: unsplash.com

Результати дослідження опубліковані в журналі Science.

Команда створила новий матеріал на основі спеціально розроблених срібних наночастинок. Вони дозволили зафіксувати короткочасний проміжний стан між двома найпоширенішими кристалічними структурами металів — гранецентрованою кубічною (FCC) та об’ємоцентрованою кубічною (BCC).

У більшості металів атоми організовуються саме за одним із цих двох принципів. Деякі матеріали можуть переходити з одного стану в інший під впливом температури. Наприклад, залізо змінює структуру з BCC на FCC за температури 912°C.

Вчені давно припускали, що під час такого переходу виникають нестабільні проміжні структури. Згідно з моделлю Нішіями—Вассермана, вони існують лише короткий час, тому їх було майже неможливо спостерігати експериментально.

Щоб відтворити ці стани, дослідники синтезували срібні наночастинки особливої форми, які назвали mecons. За словами авторів роботи, вони займають проміжне положення між сферою та кубом, що робить їх зручними для створення складних структур.

Під час експерименту наночастинки покрили довгими молекулярними ланцюгами, які працювали як своєрідний «клей». Це дало змогу частинкам самоорганізуватися в надґратки та сформувати саме ті перехідні структури, які раніше існували лише в теорії.

Використовуючи ретельно налаштовані нанорозмірні будівельні блоки, дослідники з Brown University та University of Michigan College of Engineering змогли стабілізувати короткочасну структурну фазу матерії, існування якої раніше передбачали лише теоретичні моделі, але яку ще ніколи не вдавалося зафіксувати в реальному матеріалі. Фото: Chen Lab / Brown University

Читайте також: Світ наближається до кліматичної межі — учені

Комп’ютерне моделювання підтвердило, що молекулярне покриття відіграло ключову роль у стабілізації цих станів.

Окрім підтвердження фундаментальної теорії, новий матеріал продемонстрував незвичайні квантово-оптичні властивості. Під дією світла електрони в наночастинках починали коливатися синхронно зі світловими хвилями та переходили в стан квантової заплутаності.

Особливо важливо те, що такий ефект спостерігався за кімнатної температури. Зазвичай подібні квантові явища вдається отримати лише в умовах сильного охолодження.

На думку дослідників, відкриття може стати основою для створення нових матеріалів для квантових комп’ютерів, сенсорів та інших систем квантової обробки інформації.