Обнаружено новое квантовое состояние материи для космических технологий

Исследователи из Калифорнийского университета в Ирвайне обнаружили ранее не наблюдавшуюся форму квантовой материи. По словам команды, это состояние возникает внутри специально созданного материала, который в будущем может лечь в основу самозаряжающихся компьютеров и технологий, способных работать в суровых условиях глубокого космоса.

Новооткрытая квантовая фаза может питать следующее поколение сверхпрочных космических компьютеров, работающих на спине. Автор: AI/ScienceDaily.com

«Это новая фаза материи, подобно тому как вода может существовать в виде жидкости, льда или пара, — сказал Луис А. Хауреги, профессор физики и астрономии в UC Irvine и автор новой статьи в Physical Review Letters. — Она была лишь теоретически предсказана — до сих пор её никто не измерял».

В этой фазе электроны и положительно заряженные «дырки» объединяются, образуя жидкообразную смесь, которая создаёт необычные структуры, известные как экситоны. Особенность открытия в том, что электроны и дырки вращаются в одном направлении.

«Это нечто совершенно новое, — отметил Хауреги. — Если бы мы могли держать это в руках, оно светилось бы ярким светом высокой частоты».

Явление было обнаружено в материале, созданном в UC Irvine постдокторантом Цзиню Лю, первым автором исследования. Группа Хауреги зафиксировала фазу в Национальной лаборатории Лос-Аламоса в Нью-Мексико, изучая материал в условиях сильного магнитного поля.

Магнитные поля запускают новую квантовую фазу

Для создания этого квантового состояния потребовалось воздействовать на материал магнитными полями силой до 70 Тесла (для сравнения, поле сильного холодильного магнита составляет около 0,1 Тесла). Команда называет материал пентателлуридом гафния.

По мере увеличения магнитного поля исследователи наблюдали резкое падение электропроводности материала. Хауреги объяснил, что этот внезапный сдвиг указывал на переход системы в экзотическое экситонное состояние.

«Это открытие важно, потому что оно может позволить передавать сигналы с помощью спина, а не электрического заряда, открывая новый путь к энергоэффективным технологиям, таким как спинтроника или квантовые устройства».

Радиационная стойкость для освоения космоса

Эта вновь наблюдаемая квантовая материя не подвержена воздействию радиации, что отличает её от многих материалов, используемых в современных электронных устройствах. Команда считает, что это может иметь большое значение для космических применений.

«Это может быть полезно для космических миссий, — сказал Хауреги. — Если вам нужны компьютеры в космосе, которые будут работать долго, это один из способов сделать это».

Такие компании, как SpaceX, работают над будущими пилотируемыми миссиями на Марс, и любой длительный космический полёт потребует электроники, способной выдерживать постоянное радиационное воздействие.

«Мы пока не знаем, какие возможности откроются в результате», — добавил Хауреги.

Материал был синтезирован, охарактеризован и внедрён в тестируемые устройства в UC Irvine Цзиню Лю при содействии аспирантов Роберта Вельсера и Тимоти МакСорли и студента-исследователя Триета Хо. Теоретическое моделирование и интерпретацию обеспечили Шизенг Лин, Варша Субраманьян и Авадх Саксена в LANL. Эксперименты с высокими магнитными полями были проведены при поддержке Лорел Уинтер и Майкла Т. Петтса в LANL и Дэвида Графа в Национальной лаборатории сильных магнитных полей во Флориде.