Amžiaus atradimas: fizikai aptiko naują materijos būseną

Ši nauja būklė, pirmą kartą numatyta daugiau kaip prieš keturis dešimtmečius, priverčia elektronus suskilti į dalis, rašo sci-news.com.

Dr. A. Banerjee su bendraautoriais dvimatėje medžiagoje, turinčioje į grafeną panašią struktūrą, nustatė pirmuosius šių frakcinių dalelių, vadinamų Majoranos fermionais, bruožus. Jų eksperimento rezultatai, pristatyti žurnale „Nature Materials“, atitiko vieną pagrindinių kvantinio sukinių skysčio teorinių modelių, vadinamą Kitaevo modeliu.

Pasak komandos, „kvantiniai sukinių skysčiai yra paslaptingos materijos būsenos, kurios, kaip manoma, slepiasi tam tikrose magnetinėse medžiagose, bet nėra įtikinančiai užfiksuotos gamtoje. Vienos labiausiai intriguojančių jų savybių – frakcionalizacijos – pastebėjimas realiose materijose reiškia persilaužimą“.

„Tai nauja kvantinė materijos būsena, kuri buvo numatyta, bet dar nebuvo pastebėta“, - sakė bendraautoris dr. Johannesas Knolle iš Kembridžo universiteto Cavendisho laboratorijos Didžiojoje Britanijoje.

Tipiškoje magnetinėje medžiagoje kiekvienas elektronas elgiasi tarsi miniatiūrinis magneto gabaliukas. Kai medžiaga atvėsinama iki pakankamai žemos temperatūros, šie „magnetai“ išsirikiuoja ilgomis virtinėmis taip, kad, pavyzdžiui, visi šiaurės magnetiniai poliai rodytų tą pačią kryptį. Tačiau medžiagoje, kurios būsena yra sukinių skystis, net jei ši medžiaga atvėsinama iki absoliutaus nulio, magnetai ne išsirikiuos, bet suformuos painią sriubą, sukeltą kvantinių fluktuacijų.

„Dar visai neseniai mes net nežinojome, kaip turėtų atrodyti eksperimentiniai kvantinio sukinių skysčio bruožai“, - sakė bendraautorius dr. Dmitrijus Kovrižinas, taip pat dirbantis Kembridžo universiteto Cavendisho laboratorijoje.

„Ankstesniuose darbuose mes kėlėme klausimą: „Jei darytume eksperimentus su numanomu kvantiniu sukinių skysčiu, ką mes turėtume pastebėti?“.

Fizikai pasitelkė neutronų išsklaidymo technikas, kad alfa rutenio chloride (a-RuCl3) įžvelgtų eksperimentinius frakcionalizacijos įrodymus. Jie išbandė a-RuCl3 miltelių magnetines savybes, apšviesdami juos neutronais, ir ekrane stebėdami raibuliavimo raštus, kuriuos sukėlė neutronai, kai jie išsisklaidė iš mėginio.

Normalus magnetas būtų sudaręs aiškias, ryškias linijas, bet kokius raštus sukurs Majoranos fermionai kvantiniame sukinių skystyje, buvo paslaptis. Teorinės prognozės dėl išskirtinių žymių iš esmės sutapo su plačiais kauburiais, kuriuos mokslininkai išvydo ekrane. Tai ir buvo pirmieji tiesioginiai kvantinio sukinių skysčio bei elektronų frakcionalizacijos dvimatėje medžiagoje įrodymai.

„Tai naujas trumpo žinomų kvantinių materijos būsenų sąrašo papildymas“, - sakė J. Knolle.

„Tai svarbus žingsnis mūsų kvantinės materijos supratimo link. Smagu atrasti dar vieną naują kvantinę būseną, kurios anksčiau nebuvome matę. Tai atveria mums naujas galimybes išbandyti naujus dalykus“, - pridūrė D. Kovrižinas.