Американські фізики відкрили новий тип матерії, що може змінити квантові технології

Фізики з Університету штату Флорида відкрили новий тип матерії, у якій електрони можуть одночасно перебувати у твердому й рідкому станах. Це відкриття допомагає краще зрозуміти поведінку електронів у екстремальних умовах і може стати основою для створення нових матеріалів у квантових технологіях — зокрема для процесорів, надпровідників і систем спінтроніки.

Команда дослідників — Аман Кумар, Хітеш Чанглані та Ципріан Левандовські (титульне фото — ред.) — описала результати у журналі npj Quan­tum Mate­ri­als. Вони виявили, що за певних умов електрони формують кристалічну решітку, але водночас частково «розплавляються», утворюючи узагальнений кристал Вігнера. На відміну від класичних трикутних структур, новий тип може набувати смугастих або стільникових форм завдяки квантовим ефектам у двовимірних системах.

Для моделювання процесу команда використала обчислювальні ресурси Центру досліджень Університету штату Флорида та Національного наукового фонду США. За допомогою точної діагоналізації та тензорних мереж вдалося відтворити поведінку сотень електронів і пояснити стабільність нових квантових станів. «Ми фактично створюємо експеримент у комп’ютері — відтворюємо, як електрони “обирають” свій стан серед безлічі можливих», — зазначив Кумар.

Під час моделювання вчені виявили ще одну фазу матерії, у якій електрони поводяться як у металі і як в ізоляторі одночасно. У так званій «фазі пінболу» частина електронів залишається нерухомою в кристалі, а інші вільно рухаються між ними, як кулька в пінболі. Це перше спостережене поєднання провідних і непровідних властивостей в одному матеріалі.

На думку дослідників, здатність керувати «квантовими ручками» — параметрами, що визначають електронну поведінку — відкриває шлях до контролю фазових переходів у матеріалах. Як зазначив Левандовські, «ми починаємо розуміти, як за допомогою квантових параметрів можна перетворювати електронні системи — не лише змушуючи їх текти, як рідину, а й “застигати”, як кристал».