Танго на електрони и дупки: учените откриха ново състояние на материята

Американски изследователи от Калифорнийския университет в Ървайн са открили ново квантово състояние на материята, което потенциално би могло да се използва за създаване на енергийно ефективни устройства.

Учените казват, че това ново квантово състояние на материята би могло да проправи пътя за компютри, които могат да се самозареждат и да издържат на екстремните условия в дълбокия космос. По-специално, това състояние е силно устойчиво на радиация.

„Това е нова фаза на материята, подобна на това как водата може да съществува като течност, лед или пара. Тя беше само теоретично предсказана — никой все още не е успял да я измери“ — казва Луис Хауреги, професор по физика и астрономия в Калифорнийския университет в Ървайн. 

В това състояние материята се държи подобно на течност. Фазата се образува от електрони и техните вакансии — „дупки“, които произволно се комбинират по двойки, образувайки квазичастици — екситони. Най-изненадващото тук е, че електроните и „дупките“ се въртят в една и съща посока.

„Това е нещо съвсем ново. Ако можехме да го държим в ръцете си, то щеше да излъчва ярка, високочестотна светлина“ — каза Джауреги. 

Необичайната фаза е открита в материал, разработен от учени от Калифорнийския университет. Джауреги и колегите му потвърдиха съществуването ѝ, използвайки мощни магнитни полета в Националната лаборатория Лос Аламос в Ню Мексико.

Луис Хауреги

За да създадат това необичайно квантово състояние, изследователите са подложили материала хафниев пентателурид на интензивно магнитно поле до 70 T. За сравнение, мощен магнит за хладилник създава напрежение от около 0,1 T. Под въздействието на магнитно поле способността на материала да провежда електрически заряди е значително намалена, което показва, че той е навлязъл в силно необичайно състояние, казва Хауреги.

„Това откритие е важно, защото би могло да позволи предаването на сигнали чрез спин, а не чрез електрически заряд, което ще отвори нов път към енергийно ефективни технологии като спинова електроника или квантови устройства“ — обяснява Хауреги. 

За разлика от традиционните материали, използвани в съвременната електроника, това ново квантово състояние на материята не е уязвимо към никаква форма на радиация. Компании като SpaceX планират пилотирана мисия до Марс и за да се осъществи ефективно, се нуждаят от компютри, които могат да издържат на дългосрочно излагане на радиация.

Резултатите от изследването са публикувани в списание Physical Review Letters.

Наскоро стана ясно, че с помощта на най-големия спътник в Слънчевата система може да се открие тъмна материя. Става дума за спътника Ганимед на Юпитер, който е изследван с космически апарати и това ще позволи разгадаването на мистерията около тъмната материя.