Oamenii de știință au creat o nouă stare cuantică a materiei

Cercetătorii de la Universitatea Rutgers (SUA) au descoperit o nouă stare cuantică a materiei, numită cristal lichid cuantic, obținută prin combinarea a două materiale exotice: semimetal Weyl și gheață de spin, fiecare cu proprietăți unice și complexe, în condiții de câmpuri magnetice foarte mari.

Știm deja stările obișnuite ale materiei: solid, lichid și gaz. Ulterior, s-a descoperit starea de plasmă, care a adus aplicații importante în industria semiconductoarelor, sterilizarea echipamentelor medicale și în domeniul fuziunii nucleare.

După descoperirea plasmei, cercetătorii s-au concentrat pe studierea materiei în condiții extreme de temperaturi foarte scăzute, presiuni mari și câmpuri magnetice intense, pentru a descoperi noi stări în care materialele se comportă neobișnuit.

Acum, metoda folosită de echipa Rutgers poate accelera descoperirea altor stări cuantice ale materiei.

Cercetătorii au observat formarea cristalului lichid cuantic

Semimetalele Weyl permit fluxul de electricitate fără pierderi de energie, datorită cuasiparticulelor numite fermioni Weyl. Gheața de spin este extrem de magnetică și are o structură internă asemănătoare cu distribuția atomilor de hidrogen din gheață, scrie InterestingEngineering.

„Deși fiecare material a fost studiat intens, interacțiunea lor la graniță nu a fost niciodată explorată”, a explicat Tsung-Chi Wu, doctorand la Rutgers.

Prin combinarea lor la câmpuri magnetice foarte mari, cercetătorii au observat apariția unei noi stări topologice cuantice a materiei – cristalul lichid cuantic.

În această stare, proprietățile electronice ale semimetalului Weyl au fost influențate de cele magnetice ale gheții de spin, ducând la anizotropie electronică – adică materialul conduce curentul diferit în funcție de direcție.

Un fenomen asociat cu noi stări cuantice

S-a descoperit că în șase direcții specifice, conductivitatea era cea mai scăzută. Când câmpul magnetic creștea, electronii începeau să curgă în direcții opuse, semn clar al unei simetrii de rotație încălcate – fenomen asociat adesea cu noi stări cuantice.

Experimentul a avut loc la National High Magnetic Field Laboratory (MagLab) din Tallahassee, iar modelările teoretice au fost realizate de echipa profesorului Jedediah Pixley.

„Este doar începutul. Sunt multe posibilități de a explora noi materiale cuantice și interacțiunile dintre ele, mai ales când sunt combinate în heterostructuri”, a încheiat Wu.

Cercetarea a fost publicată în revista Science Advances.

Vă recomandăm să mai citiți și:

A fost descoperită o nouă stare cuantică a grafenului

Oamenii de știință au măsurat cât de repede se produce inseparabilitatea cuantică

O simulare cuantică a dezvăluit cum bulele cosmice ar putea prăbuși Universul

Timpul ar putea fi doar o iluzie creată de fizica cuantică