Физики создали новую форму вещества — сверхтекучий псевдокристалл

Две группы ученых (из Массачусетского технологического института и Швейцарской высшей технической школы) различными путями получили необычный сверхтекучий псевдокристалл. Такое состояние вещества, одновременно обладающее свойствами идеальной жидкости (движение без внутреннего трения) и твердого тела (упорядоченность расположения атомов), поддерживается в условиях высокого вакуума и низких температур. Результаты работы обеих (американской и швейцарской) групп опубликованы в журнале Nature.

«Нашей целью было создать новые материалы с новыми свойствами, о существовании которых люди и не подозревали. Мы хотим создать материалы, которые никогда не существовали на Земле», — рассказал один из авторов работы, профессор физики из Массачусетского технологического института Вольфганг Кеттерле.

Хотя две группы работали независимо и пришли к результату разными путями, обе они начали работу с приведения атомов в состояние конденсата Бозе — Эйнштейна (за получение конденсата Кеттерле получил Нобелевскую премию 2001 года), который возможен при температурах, близких к абсолютному нулю. В этом состоянии квантовые эффекты проявляются на макроскопическом уровне.

Главным свойством кристаллических тел является периодическая упорядоченная структура атомов. В обычных кристаллах она поддерживается за счет естественных взаимодействией атомов и электронов. Для достижения состояние сверхтекучего твердого тела одна группа ученых разместила атомы рубидия между зеркалами. Взаимодействие запущенного в такой оптический резонатор светового импульса приводило к образованию стоячей волны, которая выстраивала атомы в периодическом расположении. В этом необычном состоянии вещество имеет структуру твердого тела, однако любое нарушение кристаллической решетки приводит к тому, что недостающий атом будет передвигаться, не испытывая сопротивления.

Американская группа физиков использовала лазеры, чтобы изменить значение спинов в половине атомов образца из натрия, создавая как бы два конденсата Бозе — Эйнштейна одновременно. Еще один лазер использовался для переворачивания спинов отдельных атомов, что вызывало спин-орбитальное взаимодействие, которое в свою очередь порождало возникновение протяженных периодических структур в виде неоднородностей плотности.

Необходимо отметить, что в обоих экспериментах получился одномерный кристалл, то есть только в одном направлении положения атомов были упорядочены. В обозримом будущем нет применения столь необычному и трудно достижимому состоянию вещества, однако оно представляет немалый интерес для фундаментальных исследований.