Физики США создали и протестировали квантовый аналог жидких кристаллов

Американские физики создали уникальный наноструктурированный материал на основе соединений редкоземельных металлов, титана и кислорода. На границе между слоями данной структуры формируется экзотическая квантовая форма материи, которая в некоторых аспектах своего поведения напоминает обычные жидкие кристаллы. Исследователи из Университета Ратгерс впервые смогли изучить природу взаимодействий в этой необычной системе.

Как сообщил научный сотрудник университета Ву Цзунчи, два компонента разработанного материала представляют собой хорошо изученные формы материи - полуметалл Вейля и спиновый лед. Однако характер их взаимодействий на границе оставался загадкой до настоящего времени. При воздействии мощных магнитных полей на границе между этими материалами возникает ранее неизвестная квантовая топологическая форма материи.

Созданный квантовый жидкий кристалл состоит из двух соединенных слоев - оксидов европия с иридием и оксидов диспрозия с титаном. Первый материал является полуметаллом Вейля - особой субстанцией, где характер движения электронов сильно зависит от состояния их спина. Второй компонент представляет собой спиновый лед - экзотический материал с упорядоченной магнитной структурой, аналогичной распределению молекул воды внутри обычного льда.

Комбинация этих двух форм материи демонстрирует несколько необычных свойств. Электрическое сопротивление структуры изменяется волнообразным образом в зависимости от угла прохождения тока, но при воздействии очень сильного магнитного поля характер движения электронов кардинально меняется - они начинают перемещаться в противоположных направлениях. Подобное поведение напоминает жидкие кристаллы, структура которых резко изменяется под воздействием электрического поля благодаря скоординированным изменениям в положении составляющих молекул.

Исследователи отмечают широкие перспективы применения данной разработки. Новые конструкции могут использоваться для управления движением электричества в квантовых вычислительных устройствах и других приборах. Кроме того, они открывают возможности для изучения фундаментальных сил природы и квантово-механических процессов, включая симуляцию взаимодействий частиц из области физики высоких энергий.