Ученые создали новую фазу материи, которая может изменить квантовые технологии

Ученые из Брауновского университета и Мичиганского университета впервые смогли создать и стабилизировать новую фазу материи, которая ранее существовала лишь в теоретических моделях. Исследование, опубликованное в журнале Science, открывает путь к созданию новых квантовых технологий.

Используя наночастицы серебра особой формы, напоминающей усеченные октаэдры (исследователи назвали их «меконами»), команда смогла воспроизвести и стабилизировать промежуточные структуры, возникающие при переходе между двумя распространенными типами кристаллических решеток — гранецентрированной кубической (FCC) и объемно-центрированной кубической (BCC). Ранее эти переходные фазы были крайне нестабильны и недоступны для наблюдения.

«Наша работа немного похожа на игру детей с кубиками LEGO, — прокомментировал Оу Чен, адъюнкт-профессор химии из Брауновского университета и соавтор исследования. — Мы синтезируем уникальные наноразмерные строительные блоки и складываем их в интересные структуры. В данном случае нам удалось стабилизировать эти теоретические переходные структуры и продемонстрировать важные квантово-оптические свойства».

Ключевым фактором успеха стало покрытие наночастиц длинными молекулярными цепочками, которые действовали как «липкие соединители», позволяя частицам собираться в упорядоченные структуры — сверхрешетки. Компьютерное моделирование, проведенное в Мичиганском университете, подтвердило, что эти покрытия играют решающую роль в стабилизации структур, соответствующих пути Нишиямы-Вассермана.

Помимо фундаментального научного прорыва, новая сверхрешетка из серебра продемонстрировала необычное оптическое поведение. Ученые наблюдали признаки сильного взаимодействия света с материей, при котором электроны в наночастицах колеблются в идеальной синхронизации со световыми волнами и становятся квантово-механически запутанными. Примечательно, что этот эффект проявляется при комнатной температуре, тогда как обычно подобные квантово-оптические явления требуют экстремально низких температур.

«Всякий раз, когда удается идентифицировать новую фазу материи, появляются новые применения», — отметил Чен. По мнению исследователей, открытие может лечь в основу будущих материалов для квантовых вычислений, сенсорных технологий и других передовых квантовых систем.