Революционное открытие: экситоны выявляют возможное сверхтвердое состояние

В новаторском исследовании учёные из Колумбийского университета и Техасского университета представили доказательства перехода от сверхтекучего состояния к сверхтвёрдому с использованием экситонов в двухслойной структуре графена. Это открытие бросает вызов нашему пониманию квантовых состояний и поведения материи при температурах, близких к абсолютному нулю. На протяжении почти столетия загадочная природа сверхтекучих жидкостей, известных своей нулевой вязкостью и безызбыточным потоком энергии, интриговала физиков. Тем не менее менее изученное сверхтвёрдое состояние — странное сочетание твёрдой кристаллической структуры с характеристиками сверхтекучести — до сих пор в значительной степени оставалось теоретическим. В этом недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature, команда использовала гениальную установку с одноатомной плёнкой графена, использующую её уникальные свойства. Расположив два слоя графена так, что в одном был избыток электронов, а в другом — электронные дыры, они смогли создать и манипулировать экситонами — квазичастицами, ключевыми в этом эксперименте. При приложении сильного магнитного поля экситоны в этой конфигурации изначально вели себя как сверхтекучая жидкость. Однако по мере уменьшения плотности экситонов произошёл сдвиг, указывающий на формирование изолирующего состояния. Неожиданно с повышением температуры эти экситоны возобновили своё сверхтекучее поведение, что указывает на возможный переход в сверхтвёрдое состояние или экситонную сверхтекучую жидкость. Цзя Ли, соавтор исследования из Техасского университета в Остине, подчеркнул значимость их находки, отметив, что наблюдение такого фазового перехода практически беспрецедентно и позволяет предположить новую основу для экситонных твёрдых тел. Хотя команда празднует своё открытие, они остаются осторожными, поскольку истинная природа нового состояния — является ли оно подлинным сверхтвёрдым состоянием или иной формой экситонной сверхтекучести — требует дальнейшего изучения. Последствия этого исследования значительны, особенно в улучшении контроля над сверхтекучими жидкостями и сверхтвёрдыми телами при повышенных температурах — это грандиозное улучшение по сравнению с более ранними системами, основанными на атомах гелия. Как отмечает Кори Дин из Колумбийского университета, стремление к новым инструментам измерения поможет разгадать тайны этой изолирующей фазы и подтвердить эти важные открытия. Это новое понимание квантовых материалов открывает двери к потенциальным достижениям в области сверхпроводников и инновационных приложений в науке и технике, становясь фундаментальной частью развивающейся головоломки квантовой механики.