Все новости

Физики создали материал, который поможет поймать "легкую" темную материю

Ученые синтезировали его из соединения марганца, висмута и теллура

ТАСС, 18 декабря. Ученые открыли новый класс материалов, так называемый антиферромагнитный топологический изолятор, и впервые синтезировали его из соединения марганца, висмута и теллура. Кристаллы этого вещества помогут найти темную материю, а также послужат основой для компьютеров будущего, сообщила пресс-служба Санкт-Петербургского государственного университета.

"Есть теоретическая работа, которая говорит о том, что на основе нашего материала можно сделать так называемый аксионный изолятор, ключевой компонент детектора темной материи. Это очень неожиданно, но такие работы могут появляться, потому что свойства у материала совершенно новые и уникальные", - привела пресс-служба слова физика из СПбГУ Ильи Климовских.

В последние годы физики из России и зарубежных стран активно изучают свойства так называемых топологических изоляторов - относительно нового класса материалов, которые проводят электрический ток только на поверхности, а внутри остаются диэлектриками-изоляторами или полупроводниками.

Подобные вещества привлекают физиков тем, что электроны в этом поверхностном слое ведут себя чрезвычайно стабильно, что позволяет использовать их в качестве сверхнадежного "хранилища" информации в квантовых компьютерах. Ученые достаточно давно пытаются объединить топологические изоляторы с другим типом перспективных материалов, так называемыми антиферромагнетиками.

Так исследователи называют особый класс материалов, в которых магнитные моменты атомов не направлены в одну сторону, как в обычных магнитах, а уложены в "шахматном" порядке. В результате этого они нейтрализуют друг друга и не создают внешнего магнитного поля. Подобная "упаковка" атомов позволяет использовать антиферромагнитные материалы для сверхплотной записи информации.

Союз противоположностей

В прошлом ученые считали, что антиферромагнетизм и топологическая проводимость были принципиально несовместимы друг с другом из-за того, что первые "нарушают" симметрию при обращении времени. Недавно российские и зарубежные теоретики доказали, что это не обязательно так. Климовских и его коллеги проверили это предсказание на практике, создав первый кристалл антиферромагнитного топологического изолятора и изучив его свойства.

Экспериментируя с различными соединениями металлов, ученые обнаружили, что кристаллы из висмута, теллура и марганца одновременно проявляют и антиферромагнитные свойства, и ведут себя как топологический изолятор, если охладить их до сверхнизких температур, превышающих абсолютный ноль всего на 24 градуса Кельвина.

Сочетание этих несовместимых свойств в данном случае стало возможным благодаря тому, что кристаллы этого материала состоят из перемежающихся слоев теллурида марганца и теллурида висмута. Первые обладают антиферромагнитными свойствами, а вторые представляют собой топологические изоляторы.

Их существование и взаимодействия между подобными слоями превращают кристаллы, созданные российскими учеными, в уникальный материал, который одновременно интересен и для создания вычислительных систем будущего, в том числе топологических транзисторов и кубитов, элементарных ячеек памяти квантовых компьютеров, и для опытов в физике частиц.

В частности, ученые надеются применить соединение теллура, марганца и висмута для изучения свойств так называемых фермионов Майораны - гипотетических частиц, похожих по размерам и некоторым свойствам на электроны, которые одновременно являются антиподом самих себя. Физики пытаются обнаружить их уже более 80 лет. Необычные свойства кристаллов, созданных Климовских и его коллегами, позволят ученым создать искусственное подобие фермионов Майораны внутри них и изучить их свойства.

Антиферромагнитные топологические изоляторы также могут стать основой для детекторов, способных улавливать следы так называемых аксионов - гипотетических частиц "легкой" темной материи, похожих по свойствам на нейтрино. Физики уже много лет пытаются найти их и пока, как и в случае с фермионами Майораны, сделать это не удается. Российские ученые надеются, что их кристаллы помогут решить эту задачу или значительно сузить поле поисков этих частиц.

Теги