Hledání pořádku v poruchách demonstruje nový stav hmoty

СУИЦИД. ПОСЛЕСМЕРТНАЯ СУДЬБА (Červen 2019).

Anonim

Fyzici identifikovali nový stav hmoty, jehož strukturální uspořádání funguje podle pravidel, které jsou více sladěny s kvantovou mechanikou než standardní termodynamická teorie. V klasickém materiálu nazývaném umělý spinový led, který se v určitých fázích zdá být neuspořádaný, je materiál skutečně nařízen, ale v "topologické" formě.

"Naše výzkumy ukazují poprvé, že klasické systémy, jako je umělá odstředivka, mohou být navrženy tak, aby demonstrovaly topologicky uspořádané fáze, které byly dříve nalezeny pouze v kvantových podmínkách, " uvedl fyzik Los Alamos National Laboratory Cristiano Nisoli, vedoucí teoretické skupiny který spolupracoval s experimentální skupinou na Illinoisské univerzitě v Urbana-Champaign, vedený Petrem Schifferem (nyní na Yale University).

Fyzikové obecně klasifikují fáze hmoty podle objednávky, jako jsou krystaly a neuspořádané, jako jsou plyny, a dělají to na základě symetrie takového řádu, řekl Nisoli.

"Demonstrace, že tyto topologické účinky mohou být navrženy do umělého systému spin ice, otevírá dveře široké škále možných nových studií, " uvedl Schiffer.

Speciální materiál udržoval v experimentech záhadnou energii

V novém výzkumu tým zkoumal zvláštní geometrii umělého spinového ledu nazvaného Shakti spin ice. Zatímco tyto materiály jsou teoreticky navrženy, tentokrát objevily exotické vlastnosti mimo rovnováhu z experimentů až po teorii.

Provádění charakteristických vlastností fotoelektronové elektronové mikroskopie na pokročilém světelném zdroji amerického ministerstva energetiky v Národní laboratoři Lawrencea Berkeley ukázalo, že Schifferův tým něco děsivého: Na rozdíl od jiných umělých spinových her, které by mohly dosáhnout nízkoenergetického stavu, když byla teplota snížena v následných brzdách, led zůstával tvrdohlavě na stejné úrovni energie. "Systém se uvízne takovým způsobem, že se nemůže sám uspořádat, přestože rozsáhlé přesmypy by umožnily jeho pokles na nižší energetický stav, " řekl Schiffer.

Je zřejmé, že se něco zachovalo, ale nic z toho nebylo zřejmým kandidátem v materiálu, který byl uměle navržen tak, aby poskytoval neuspořádaný obraz.

Zálohování prohlédněte velký obrázek

Když se Nisoli odklonil od obráběného obrazu a soustředil se na vznikající popis excitace systému, popsal nízkoenergetický stav, který mohl být přesně namapován do slavného teoretického modelu, "modelu dimerového krytu", jehož topologické vlastnosti byly rozpoznány před. Poté údaje z experimentu potvrdily zachování topologických nábojů a tím i dlouhou životnost excitace.

"To mi nejvíce zajímá, protože obvykle teoretické rámce se pohybují od klasické fyziky k kvantové fyzice. Ne tak s topologickým pořádkem, " řekla Nisoli.

Společný úspěch

Fyzické experimenty provedl tým Schiffer na University of Illinois v Urbane-Champaign a byl financován Úřadem USA pro energetiku. Kinetika materiálu byla zkoumána v reálném čase a reálném prostoru na pokročilém světelném zdroji.

menu
menu