Науковці з Каліфорнійського університету в Ірвайні (UCI) здійснили прорив у розумінні квантової фізики, виявивши новий стан квантової матерії, який раніше існував лише на теоретичному рівні. Це відкриття може стати фундаментом для технологій наступного покоління, зокрема комп'ютерів, здатних надійно працювати при низькому енергоспоживанні, навіть у суворих радіаційних умовах космосу.
Новий стан матерії, подібний до того, як вода може існувати у вигляді рідини, льоду чи пари, був спостережений у матеріалі під назвою пентателурид гафнію. Дослідники піддали цей матеріал екстремальним магнітним полям, досягаючи 70 тесла – приблизно в 700 разів сильніших, ніж у магніту, що використовується в холодильнику. Під таким впливом властивості матеріалу кардинально змінилися, позначивши перехід до абсолютно безпрецедентної фази. У цій новій фазі електрони та їхні позитивні аналоги, звані дірками, об'єднуються, утворюючи пари, відомі як екситони. Унікальність цієї фази полягає в тому, що електрони та дірки обертаються в одному напрямку, демонструючи поведінку, яка раніше ніколи не спостерігалася. Ця екситонна рідина діє як когерентна матерія, подібна до надплинної рідини, але на рівні квантових частинок.
Це відкриття має значні технологічні перспективи, особливо у сфері спінтроніки, яка прагне використовувати спін електрона, а не його заряд, для передачі інформації. Це може призвести до створення пристроїв, які будуть швидшими, компактнішими та значно енергоефективнішими за сучасні електронні схеми. Ще більш революційним є те, що цей новий стан виявляється нечутливим до радіації – серйозної проблеми в космічному просторі. Космічна радіація може суттєво пошкоджувати традиційні електронні компоненти. Цей матеріал може витримувати її без втрати функціональності, що дозволить створювати автономні та довговічні комп'ютери для найамбітніших космічних місій, включаючи польоти до Марса та за його межі.
Наразі цей новий стан матерії спостерігається за екстремальних умов, які важко відтворити у великих масштабах. Однак, як це часто буває у фундаментальній фізиці, це лише початкові кроки до створення структури, яка може трансформувати наше ставлення до технологій у майбутньому. Такі відкриття підкреслюють, що дослідження екзотичних матеріалів залишаються родючим ґрунтом для майбутніх революцій, не лише в обчислювальній техніці, але й в енергетиці, комунікаціях та космічних дослідженнях. У час, коли готується завоювання Марса, ця світла та невловима матерія може стати несподіваним союзником людства. Дослідження, проведені командою з UCI, включають внесок науковців з Національної лабораторії Лос-Аламоса та Національної лабораторії сильних магнітних полів. Це відкриття, опубліковане в журналі Physical Review Letters, було підтримано Національним науковим фондом та Міністерством енергетики США.