ТАСС, 17 января. Физики выяснили, что в так называемых "странных металлах" может возникать крайне необычный пример поведения электронов, при котором миллиарды этих частиц спонтанно "запутываются" на квантовом уровне. О том, что это означает для физики, пишет пресс-служба Университета Райса (США), полностью открытие описано в научном журнале Science.
"Когда мы говорим о квантовой запутанности, мы обычно думаем о мире частиц и не ассоциируем ее с макроскопическими объектами. С другой стороны, если достичь квантовой критической точки, то у нас появляется возможность увидеть этот феномен в металлической пленке, которая содержит миллиарды миллиардов связанных квантовых объектов", – сказал один из авторов работы, физик из Университета Райса Цимяо Си.
Сейчас ученые считают, что электроны внутри металлов, а также в жидком гелии-3 ведут себя подобно жидкости, поведение которой описывает набор формул и принципов, разработанных советским физиком Львом Ландау еще в середине прошлого века. 30 лет назад, после открытия первых высокотемпературных сверхпроводников, физики обнаружили, что эти правила работают не всегда.
Экспериментируя с этими материалами, ученые заметили, что при температурах, близких, но не достигающих точки перехода в сверхпроводящее состояние, их сопротивление меняется совсем не так, как это предсказывает теория Ландау. Природа этого феномена пока остается загадкой для теоретиков, что побуждает физиков-экспериментаторов активно изучать устройство и другие свойства подобных веществ, "странных металлов", внутри которых этот эффект может возникать.
Квантовая запутанность
Си и его коллеги открыли еще одно крайне необычное свойство подобных веществ, наблюдая за тем, как менялось поведение электронов внутри тонкой пленки из "странного металла" – сплава родия, иттербия и кремния – при повышении и понижении температур.
Потратив несколько лет на выращивание сверхчистого образца этого материала, физики начали изучать его, охладив до низких температур. Они наблюдали за тем, как его электроны взаимодействовали с пучками терагерцового излучения. При этом исследователи отслеживали то, насколько прозрачным "странный металл" оставался для этих лучей.
Эти опыты раскрыли неожиданный феномен. Когда ученые охладили сплав родия, иттербия и кремния до температуры, при которой происходит квантовый фазовый переход, спонтанное изменение внутренней структуры вещества под действием квантовых флуктуаций, они заметили, что поведение электронов резко изменилось.
Миллиарды электронов, как показали их взаимодействия с пучками терагерцового излучения, "запутались" на квантовом уровне и начали вести себя, как единое целое. Дальнейшее изучение подобной "коллективизации" электронов, как надеются ученые, одновременно поможет им понять, как происходят квантовые фазовые переходы в "странных металлах" и раскрыть секреты работы высокотемпературных сверхпроводников.
"Запутанность уже стала основным способом хранения и обработки информации на квантовом уровне. С другой стороны, квантовые фазовые переходы считаются основой высокотемпературной сверхпроводимости. Соответственно, изучение физики, которая управляет и тем, и другим феноменом, поможет нам убить сразу двух зайцев одновременно", - подытожил Си.
