Графен раскрывает сверхтвердое состояние

04.02.2026

Квантовые состояния вещества, где обычные законы физики перестают действовать привычным образом, всегда привлекали внимание ученых. Сверхтекучие жидкости, которые текут без сопротивления, и сверхтвердые тела, сочетающие кристаллическую упорядоченность с нулевой вязкостью, остаются одними из самых загадочных явлений.

Долгое время сверхтвердость удавалось наблюдать лишь в искусственно созданных системах, таких как ультрахолодный гелий в ловушках. Однако недавнее открытие в двухслойном графене приблизило ученых к пониманию этого экзотического состояния в гораздо более естественных условиях.

Команда физиков под руководством Кори Дина из Колумбийского университета и Цзя Ли из Техасского университета в Остине изучала поведение экситонов - квазичастиц, возникающих из пары электрон-"дырка" в разных слоях графена. Исследователи обнаружили, что при определенных параметрах экситоны переходят из состояния супержидкости в изолятор, где движение практически останавливается. Самым поразительным стало обратное поведение: при повышении температуры система неожиданно возвращалась к супержидкостным свойствам, что полностью противоречит классическим фазовым переходам, где нагрев обычно разрушает упорядоченность.

Уникальность эксперимента заключается в том, что признаки сверхтвердости проявились спонтанно, без применения сложных лазерных ловушек, которые раньше использовались для попыток стабилизации такого состояния в гелии. В двухслойном графене избыточные электроны и "дырки" самостоятельно формировали упорядоченный узор, а изменение плотности частиц позволяло наблюдать переход между различными квантовыми фазами. По словам Кори Дина, впервые удалось увидеть, как супержидкость переходит в фазу, напоминающую сверхтвердое тело, где сохраняется кристаллическая структура и при этом присутствует квантовая когерентность.

Термин "сверхтвердое тело" подразумевает материал, который одновременно обладает жесткой кристаллической решеткой и способностью к бездиссипативному течению, характерному для супержидкости. Хотя прямое доказательство полной сверхтвердости в этой системе пока не получено - в частности, из-за трудностей измерений в изолирующей фазе - исследователи считают результаты чрезвычайно близкими к этому состоянию. Они отмечают, что низкотемпературная фаза выглядит как необычный экситонный кристалл, стабилизированный взаимодействиями частиц.

Работа проводилась при поддержке Министерства энергетики США, Национального научного фонда, Фонда Слоуна, Управления научных исследований ВВС США и Национальной лаборатории высоких магнитных полей. Важно подчеркнуть, что в двухслойном графене экситонная супержидкость и предполагаемая сверхтвердость возникают только в сильном магнитном поле. Ученые уже планируют эксперименты с другими двухслойными материалами, которые могут стабилизировать экситоны при более высоких температурах и, возможно, без внешнего магнитного поля, что сделает явление доступным для более широкого круга исследований.

Открытие демонстрирует, насколько мощным инструментом для изучения квантовых фаз стали двумерные материалы вроде графена. Экситоны в таких системах в тысячи раз легче атомов гелия, что теоретически позволяет наблюдать аналогичные явления при существенно более высоких температурах. Это открывает путь к контролю над экзотическими состояниями вещества в условиях, гораздо проще сверхнизкотемпературных криогенных установок.

<< Назад: Часы Casio Pro Trek PRG-69 05.02.2026

>> Вперед: Новая угроза для спутников на перегруженной орбите 04.02.2026

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Тающие айсберги создают новые оазисы жизни на дне океана 30.06.2026

Глобальное потепление активно меняет облик нашей планеты, и одним из наиболее заметных его проявлений становится ускоренное таяние ледников в полярных регионах. Этот процесс не только приводит к подъему уровня Мирового океана, но и вызывает цепную реакцию в морских экосистемах, порой создавая неожиданные и парадоксальные последствия. Массовое высвобождение айсбергов из Гренландии - яркий пример того, как климатические изменения перестраивают жизнь в самых глубоких и удаленных уголках океана. Из-за повышения температуры количество айсбергов, откалывающихся от гренландских ледников, стремительно растет. Ученые проанализировали данные за последние 40 лет и установили, что с 2000 года поток ледяных глыб через пролив Фрама увеличился в четыре раза. Об этом сообщает Futurism со ссылкой на исследование специалистов из Технического университета Дании. Такое беспрецедентное нашествие айсбергов представляет серьезную опасность для международного судоходства. Одновременно оно радикально тра ...>>

Робот-тьютор Optio, помошник школьника 30.06.2026

Икусственный интеллект и робототехника все активнее помогают учителям и ученикам, делая обучение более персонализированным и увлекательным. Гуманоидные роботы, способные взаимодействовать с людьми естественным образом, открывают новые возможности для школ, особенно в условиях нехватки педагогических кадров и растущего интереса к технологиям. Одна из таких инновационных инициатив стартовала в американском штате Нью-Йорк. Компания Realbotix запустила своего помощника учителя на базе искусственного интеллекта под названием Optio в Центральном школьном округе Саламанки. Робот выступает в роли тьютора, предлагая персонализированное репетиторство, многоязычную помощь с домашними заданиями и круглосуточную академическую поддержку. По данным Interesting Engineering, проект направлен на повышение вовлеченности учащихся и внедрение передовых технологий в учебный процесс. В рамках пилотной программы школы округа планируют интегрировать человекоподобных роботов в классы. Изначально Optio буд ...>>

Биопрепараты повышают питательную ценность органической гречихи 29.06.2026

В органическом земледелии особое внимание уделяется не только урожайности, но и качественному составу продукции. Потребители все чаще выбирают продукты с высоким содержанием полезных веществ и без следов химических веществ. Исследования показывают, что применение биологических препаратов может существенно улучшить минеральный состав зерновых культур, делая их более ценными с точки зрения питания. В результате полевых экспериментов, проведенных в 2023-2025 годах, ученые установили, что использование биопрепаратов способствует активному накоплению макроэлементов, в частности фосфора и калия, в зерне органической гречихи. Об этом сообщила Леся Крупак из Белоцерковского национального аграрного университета в своей работе "Экологичность и производительность". Наиболее заметный эффект наблюдался при применении гумата калия. В этом случае содержание калия в зерне увеличивалось на 19-21 процент по сравнению с контрольными участками. Такой результат свидетельствует об улучшении работы тра ...>>

Натрий-ионные накопители энергии Tener от CATL 29.06.2026

Литий-ионные аккумуляторы сейчас доминируют на рынке, но их производство сталкивается с ограничениями ресурсов и экологическими вызовами. Китайская компания CATL, один из мировых лидеров в области аккумуляторных технологий, представила инновационную альтернативу на основе натрия, которая может существенно расширить возможности хранения энергии. На отраслевом мероприятии в Мюнхене CATL продемонстрировала систему накопления энергии Tener нового поколения. Она построена на натрий-ионных аккумуляторах и отличается выдающимися эксплуатационными характеристиками. По заявлению разработчиков, новая технология сочетает высокую долговечность, безопасность и экономичность, что делает ее перспективной для широкого применения в энергетике. Одним из главных преимуществ Tener стала исключительная долговечность: система рассчитана на срок службы до 30 лет и способна выдерживать до 15 000 циклов заряда-разряда. Для сравнения, большинство современных аналогов выдерживают около 10 000 циклов. Даже ...>>

Орибитальное вино с МКС 28.06.2026

Виноделие всегда было тесно связано с землей, климатом и традициями, но современная наука все чаще выводит его на новый уровень - в буквальном смысле за пределы нашей планеты. Исследователи ищут способы адаптировать сельское хозяйство к условиям космоса, чтобы обеспечить будущие миссии продовольствием и изучить влияние экстремальной среды на биологические процессы. Один из таких амбициозных проектов реализуется в США и обещает в перспективе появление первого вина из винограда, побывавшего на орбите. Ученые из Техасского университета A&M отправили на Международную космическую станцию сотни семян винограда. После шести месяцев воздействия космической радиации семена вернутся на Землю, будут высажены и через несколько лет могут дать первый урожай для производства "космического вина". Проект представляет собой уникальное сочетание астронавтики, биологии и виноградарства. Идея эксперимента возникла как дипломная работа двух студентов-старшекурсников кафедры аэрокосмической инженер ...>>

Случайная новость из Архива Телеэкран толщиной с лист бумаги 10.04.2004 Исследователи из голландской фирмы "Филипс" предлагают новый принцип создания плоских и тонких дисплеев, на основе которого в скором будущем они надеются создать движущиеся цветные изображения на гибком листе не толще обычной бумаги. В тонком "бутерброде" из прозрачных листов пластика заключены мелкие квадратные ячейки со стороной в четверть миллиметра. На верхний и нижний листы нанесен прозрачный проводящий слой. Под нижним листом белая подложка. Каждая ячейка заполнена капелькой масла, в которой растворена черная краска. В норме масло расплывается черной пленкой по всей ячейке. При подаче электрического напряжения пленка съеживается к сторонам ячейки, и становится видимой белая подложка. Чем выше напряжение, тем сильнее масло отступает к краям, то есть можно рисовать достаточно широкую шкалу серых оттенков в диапазоне от белого до черного. Причем эта реакция занимает менее 15 миллисекунд, что позволяет отображать движущиеся картины. Такой экран можно делать сколь угодно большим. Яркость изображения в четыре раза выше, чем у современных жидкокристаллических отражающих дисплеев. В дальнейшем специалисты "Филипса" намерены, применив жирорастворимые краски трех основных цветов, создать на том же принципе цветные мониторы.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026