Китайские физики получили сверхтвердое состояние материи. Такого еще не было

Благодаря экспериментальным исследованиям группа физиков, связанных с несколькими институтами в Китае, впервые наблюдала материал в сверхтвердой фазе материи, сообщает Phys.org. Научная статья опубликована в Nature.

Сверхтвердые материалы на первый взгляд противоречивы — они одновременно обладают сверхтекучестью (когда жидкость перемещается без трения). Сверхтвердое тело — это необычное состояние материи, при котором твердые тела ведут себя как жидкости, а атомы могут находиться во всех точках материи одновременно. Еще со школьных уроков физики мы знаем о трех состояниях материи — твердое, жидкое и газообразное. Вы могли слышать еще и о плазменном состоянии, которое достигается при помощи нагревания газа. Однако квантовая физика работает несколько иначе и допускает, что тело может обладать свойствами как жидкостей, так и твердых тел одновременно — их называют сверхтвердыми. Такое состояние интересно тем, что частицы сверхтвердого вещества расположены в жесткой твердой структуре, однако при этом они могут течь без какого-либо сопротивления.

В 1970-х годах теоретическая работа Энтони Леггетта предположила, что такой материал возможен. Однако до сих пор сверхтвердые состояния достигались только в одномерном пространстве — то есть, в виде «листа» или цепочки капель.

Чтобы создать сверхтвердое тело, ученые взяли соединение Na2BaCo(PO4)2 — оно обладает уникальным свойством атомов, расположенных в треугольных решетках. Это означает, как обнаружила исследовательская группа, что если его поместить в магнитное поле, все его атомы будут вращаться в одном направлении.

Но когда магнит удаляется, все атомы пытаются расположиться со спином (направлением вращения, «активности»), противоположным спину соседа, но поскольку они расположены треугольником, это не получается. Наблюдение показало, что при правильных условиях Na2BaCo(PO4)2 может существовать как супертвердое тело. Чтобы создать правильные условия, исследователи построили аппарат для измерения магнитокалорического эффекта, когда материал подвергался воздействию магнитного поля без утечек тепла. Это позволило позволило обнаружить спиновые состояния атомов и их переходы.

Авторы сравнили полученные результаты с теоретическими расчетами и пришли к выводу, что они наблюдали материал в сверхтвердом состоянии. Ожидается, что это наблюдение откроет новые возможности для изучения квантовых явлений и моделирования новых материалов.