Физики впервые открыли трехмерный квантовый жидкий кристалл

21.04.2017, 04:35 Наука

Физики Калифорнийского технологического института открыли первый трехмерный квантовый жидкий кристалл — новое состояние вещества, которое может найти применение в сверхбыстрых квантовых компьютерах будущего.

«Мы обнаружили существование принципиально нового состояния материи, которое можно рассматривать как квантовый аналог жидкого кристалла. Существуют многочисленные классы таких квантовых жидких кристаллов, поэтому, наш, скорее всего, верхушка айсберга». поясняет соавтор открытия Дэвид Хзи.

Жидкие кристаллы находятся где-то между жидкостью и твердым веществом: они состоят из молекул, которые текут свободно, как если бы они были жидкостью, но ориентированы в твердом веществе. Жидкие кристаллы имеются в природе, например, в биологических клеточных мембранах, но могут быть сделаны искусственно, как те, что применяются в жидкокристаллических дисплеях, обычно используемых в часах, смартфонах, телевизорах и других предметах с экранами.

В «квантовом» жидком кристалле, электроны ведут себя как молекулы в классических жидких кристаллах. Первый квантовый жидкий кристалл был обнаружен в 1999 году в Калифорнийском технологическом институте Джимом Эйзенштейном. Квантовый жидкокристаллический Эйзенштейна был двумерным, искусственно выращенным на арсениде галлия. Такие 2-D квантовые жидкие кристаллы были найдены в нескольких материалах, в том числе высокотемпературных сверхпроводниках — материалах, которые проводят электрический ток с нулевым сопротивлением при -150 градусов по Цельсию.

Ведущий исследователь Джон Хартер объясняет, что 2-D квантовые жидкие кристаллы ведут себя странным образом, но обнаруженные 3-D квантовый жидкий кристалл ведет себя еще более странно. Здесь, электроны не только делают различие между осями х, у и z, но они также имеют разные магнитные свойства, в зависимости от движения на заданной оси.

«Применение электрического тока через эти материалы превращает их из немагнитных в магниты, что весьма необычно», говорят физики.

Исследователи говорят, что 3-D квантовые жидкие кристаллы могут играть определенную роль в спинтронике, в которой направление вращения электронов может быть использовано для создания высокоэффективных компьютерных чипов. Это открытие может также помочь в решении некоторых проблем при создании квантового компьютера. «Точно так же, как 2-D квантовые жидкие кристаллы были предложены в качестве предшественников предшественником высокотемпературных сверхпроводников, 3-D квантовые жидкие кристаллы могут быть предшественниками топологических сверхпроводников», сказал Хзи.