Учени откриха скрито състояние на материята, което е съществувало само на теория в продължение на десетилетия

Учените най-накрая потвърдиха съществуването на едно досега неуловимо състояние на материята, което дълго време е оставало ограничено до страниците на теоретичните модели. Изследователи от университета Браун и Инженерния колеж към Мичиганския университет създадоха стабилна структура, която им позволи да „замразят“ преходно фазово състояние между две от най-разпространените кристални форми на метали.

Работата не само потвърждава дългогодишните прогнози на физиците, но и открива нови възможности за материалознанието и квантовите технологии. Полученият материал проявява необичайни оптични свойства, които биха могли да бъдат полезни за квантовите изчисления и системите за обработка на информация от следващо поколение. Резултатите от изследването са публикувани в списание Science.

Как да „хванем“ нестабилното състояние

Повечето метали в природата образуват една от двете основни кристални структури: гранецентрирана (FCC) или обемноцентрирана (BCC). Преходите между двете са възможни, но обикновено се случват толкова бързо и нестабилно, че междинните етапи са почти невъзможни за записване. Именно тези междинни фази оставаха неуловими в продължение на десетилетия. Теориите предсказваха съществуването им, но липсваше експериментално потвърждение.

В новото проучване учените са използвали сребърни наночастици в качеството на градивни елементи, за да изградят изкуствена структура. Чрез контролиране на формата и взаимодействието на частиците, те са стабилизирали същото преходно състояние, което преди това е съществувало само в изчисленията.

Материалите, събрани като конструктор

Според изследователите, процесът наподобява игра на LEGO: наночастиците с различни форми се държат като градивни елементи, които могат да бъдат накарани да „се впишат“ в даден ред.

Органичните обвивки на повърхността на частиците са играели ключова роля – те са действали като гъвкави връзки, които позволяват на структурата да се пренареди, без да губи стабилност.

В резултат на това е било възможно да се пресъздадат точно онези междинни конфигурации, които са предсказани от една от класическите теории за фазовите преходи в материалите.

Неочаквани квантови свойства

По време на експериментите изследователите открили друга неочаквана особеност: Създадената структура проявява ефектите на силни взаимодействия между светлината и материята дори при стайна температура – ​​феномен, който обикновено се наблюдава само при изключително студени условия.

Това открива перспективи за използване на новия материал в квантовите технологии и по-специално в квантовите изчисления, сензорите и фотонните устройства.

Защо това откритие е важно?

Работата демонстрира нов подход към създаването на материали: вместо да ги търсят в природата, учените всъщност ги „сглобяват“ от наночастици със специфични свойства. Това позволява създаването на структури, които преди са се смятали за невъзможни.

Както посочват авторите, всяко новооткрито състояние на материята може да се превърне в основа за бъдещи технологии – от ултрабързи изчисления до нови видове квантови устройства. Това откритие не само потвърждава дългогодишните теории, но и показва колко гъвкава може да бъде материята, ако се научим да я контролираме правилно.