Međunarodni tim je eksperimentalno potvrdio postojanje novog kvantnog stadijuma opisivanog kao topološki semimetal u materijalu CeRu4Sn6, i to u uslovima kvantne kritičnosti blizu apsolutne nule. Istraživači su zabeležili Hall efekat bez spoljnog magnetskog polja, što ukazuje na unutrašnju topološku prirodu toka elektrona. Kvantne fluktuacije su, umesto da unište, stabilizovale novu fazu, otvarajući mogućnosti za primene u kvantnim računarima, elektronici i senzorima.
Otkriven Novi Kvantni Stadijum Materije U CeRu4Sn6 Koji Se Ranije Smatrao Nemogućim
Particle line explosion
U materijalu u kojem su fizičari dugo verovali da je to nemoguće, međunarodni tim istraživača otkrio je novo kvantno stanje materije — fazu opisuju kao topološki semimetal — što prisiljava na preispitivanje uslova koji određuju ponašanje elektrona u složenim materijalima.
Otkriće, rezultat eksperimentalne potvrde prethodnih teorijskih predviđanja, moglo bi da ubrza razvoj kvantnog računarstva, poveća efikasnost elektronike i unapredi tehnologije za senzore i snimanje.
Šta su istraživači uradili
Istraživači su proučavali materijal sastavljen od cerijuma, rutenijuma i kositra (CeRu4Sn6). Na izuzetno niskim temperaturama, blizu apsolutne nule, uz primese kvantnih fluktuacija, materijal dostiže kvantnu kritičnost — tačku u kojoj klasični opis čestica prestaje da važi, a kvantni efekti dominiraju.
From left to right, Silke Bühler-Paschen, Diego Zocco, and Diana Kirschbaum – some of the researchers involved in the study. (TU Wien)
Ključna eksperimentalna zapažanja
Kada su uzorci CeRu4Sn6 rashlađeni do ovih uslova i kroz njih pušten električni tok, istraživači su zabeležili Hall efekat — bočno savijanje toka — i to bez primene spoljnog magnetskog polja. Takav «spontani» Hall efekat ukazuje da je putanja elektrona oblikovana unutrašnjim, topološkim osobinama materijala, a ne spoljnom silom.
"Ovo je osnovni napredak," kaže fizičar Qimiao Si sa Rice University. "Naš rad pokazuje da snažni kvantni efekti mogu da se kombinuju i stvore nešto potpuno novo."
Dr Silke Bühler-Paschen sa Tehničkog univerziteta u Beču dodaje da je upravo ovo zapažanje bilo ključ za preispitivanje prihvaćenih tumačenja ponašanja elektrona u uslovima kvantne kritičnosti.
Zašto je ovo važno
Do sada se očekivalo da snažna međudejstva i kvantne fluktuacije razore topološka uređenja koja zahtevaju dobro definisane kvazičestice. Međutim, u CeRu4Sn6 istraživači su pokazali suprotno: kvantna kritičnost je ne samo dozvolila pojavu topološkog semimetala, već je i stabilizovala tu fazu — tamo gde je materijal bio najnestabilniji u elektronskim obrascima, topološki efekat je bio najjači.
Audition now for ScienceAlert's Casting Call
Ovo otvara nove puteve u potrazi za materijalima koji kombinuju osetljivost (korisnu za senzore) i stabilnost topoloških stanja (važnu za kvantne tehnologije), te može informisati dizajn komponenti za kvantne računare i naprednu elektroniku.
Dalji koraci
Istraživači planiraju da proveravaju da li se slično ponašanje pojavljuje u drugim materijalima, da preciznije razgraniče prirodu topologije koja je uočena i da definišu tačne uslove pod kojima se nova faza formira.
Rad je objavljen u časopisu Nature Physics.
Pomozite nam da budemo bolji.
