Вчені знайшли нову форму аномальної матерії

Знайдена нова форма аномальної матерії - особливий металевий сплав, властивості якого нагадують надплинні рідини.

Її відкрили американські фізики з Єльського університету та Національної лабораторії у Лос-Аламосі, передає Lenta.ru з посиланням на статтю в Nature Physics.

У речовині, яку назвали спіновим льодом, орієнтація магнітних моментів заряджених іонів нагадує розташування атомів водню (протонів) у водному льоді. Коли вода замерзає, атоми всередині тетраедричного осередку кристала розміщуються таким чином, що атом кисню однієї молекули води виявляється оточений чотирма протонами.

При цьому два протона опиняються далі інших, тому що належать двом іншим молекулам води. Аналогічно, у спіновому льоду магнітні моменти двох іонів спрямовані всередину тетраедра, а два інших - назовні. По суті, спіновий лід складається з крихітних наномагнітів.

Фізики вивчили різновид спінового льоду, утворенугратами Шакті. Вона допускає безліч таких конфігурацій магнітних моментів, при яких в осередках мінімізується енергія взаємодії. Однак частина конфігурацій знаходиться в збудженому стані та їх поява в спіновому льоді неминуча. У результаті відбувається геометрична фрустрація - явище, при якому вся система не може бути повністю заморожена (навіть при абсолютному нулі), оскільки не має єдиного базового стану. Така поведінка характерна для всіх спінових льодів.

Читайте: Земля не переживе: вчені назвали дати кінця світу

В ході дослідження вчені провели Фотоемісійні електронну мікроскопію спінового льоду (PEEM), виготовленого з пермаллоя - сплаву заліза і нікелю (Ni81Fe19). Опромінення зразка рентгенівськими променями дозволило зареєструвати зміни в магнітних моментах, що відбуваються при зниженні температури. Зразок спинового льоду спочатку охолоджували з 290 кельвінів (K) до 220 К, а потім до 180 К і нижче (1 До дорівнює -272,15 градуса Цельсія).

Хоча інші різновиди спінового льоду при пониженні температури перебудовують свої решітки, щоб досягти мінімально можливого енергетичного стану, виявилося, що решітка Шакті "застряє" на певному рівні. Це відбувається навіть у тому випадку, якщо великомасштабна перебудова системи могла би мінімізувати енергію. Згідно з висновками фізиків, це свідчить про те, що цей спіновий лід має глобальний топологічний порядок, а збудження топологічно захищені від розсіювання та зберігаються протягом тривалого часу.

Топологічно впорядковані фази раніше були описані для квантовомеханічних систем, які можуть приймати різні стани з однаковою енергією (вироджені стани).

Іншими словами, стійкі порушення в решітці Шакті в певному сенсі нагадують квантові вихори у надплинних рідинах, які також топологічно захищені в силу вирожденності основних станів.

Як повідомляв "Обозреватель", раніше вчені назвали терміни, коли штучний інтелект замінить людину.