Иллюстрация: Peter Abbamonte / Department of Physics and Frederick Seitz Materials Research Laboratory
Физики смогли доказать существование экситония – формы материи, первые теории о которой появились еще в прошлом веке. Научное исследование, над которым работали ученые из Калифорнийского университета в Беркли, Университета Иллинойса и Амстердамского университета, опубликовано в журнале Science.
Экситоний – это конденсат, проявляющий макроскопические квантовые явления. Например, он может быть суперпроводником, быть в сверхтекучем состоянии или в качестве изолирующего электронного кристалла. Новая форма материи состоит из экситонов – частиц, которые формируются при квантомеханическом соединении. Когда электрон переходит на новый энергетический уровень, то после себя он оставляет дыру. Она ведет себя так, как будто это частица с положительным зарядом, притягивающая высвобожденный электрон. Когда электрон с отрицательным зарядом соединяется с дырой, то образуется бозон – экситоний.
Новую форму материи открыли случайно, сказал один из авторов исследования Аншул Когар. Команда ученых изначально хотела проверить новый метод стереоскопии на выращенном кристалле. Экситоний не могли открыть долгое время из-за того, что у ученых не было достаточных технологий для его фиксации.
Открытие экситония в дальнейшем позволит изучать квантовую механику, объясняют исследователи. Пока применение новой формы материи остается темой для обсуждения.
На основе экситония уже удалось создать первый топологический изолятор. Эти устройства можно использовать для защиты состояний кубитов в квантовых компьютерах от декогеренции. Электрический ток останавливается в двумерном слоистом материале из-за сцепления электронов и дыр в соседних слоях.
Впервые концепцию экситона развил в 1920-е годы советский ученый Яков Френкель. Время жизни экситона ограничено, он может существовать не более миллиардной доли секунды. После этого времени электрон и дыра рекомбинируют. При исчезании экситоны излучают квант света, который можно анализировать.
