Личный кабинет

Общеизвестно 3 агрегатных состояния веществ: твердое, жидкое и газообразное. Однако возможно существование и четвертого состояния – сверхтвердого. Оно исходит из сверхтекучести. Такое свойство обретает гелий при охлаждении до абсолютного нуля. Оно характеризуется отсутствием вязкости и трения, что обеспечивает возможность такой жидкости подниматься по отвесным поверхностям, проникать в микроскопические трещины и вечно циркулировать в замкнутом кольце. На основе законов квантовой физики предполагается, что при дальнейшем охлаждении вещество обретет кристаллическую структуру, но сохранит сверхтекучесть. Это понимается как сверхтвердое состояние. Однако для гелия его достичь не удалось. До сих пор оно было получено только для ультрахолодных атомных газов в оптических ловушках с использованием лазеров.

Ученые сосредоточились на нем ввиду проявления им сверхтекучести. Для этого необходимо совместить 2 слоя материала, в одном создать избыток электронов путем облучения, в другом – недостаток. Тогда противоположно заряженные частицы связываются в экситоны, проявляющие сверхтекучесть под воздействием сильного магнитного поля.

Ученые провели эксперименты, изменяя температуру и плотность экситонов.

По результатам установлено, что сверхтекучесть проявляется при высокой плотности экситонов. Снижение плотности останавливает движение квазичастиц и превращает графен в изолятор. Повышение температуры возвращает сверхтекучесть.

Полученные результаты противоречат представлению о сверхтекучести как о наиболее низкоэнергетическом состоянии при охлаждении. С другой стороны, они свидетельствуют о том, что низкотемпературная изолирующая фаза может являться сверхтвердым состоянием. Это возможно, учитывая значительно меньшую массу экситонов графита в сравнении с гелием, что обеспечивает возможность существования рассматриваемых состояний при существенно большей температуре.

Однако, по словам ученых, подтвердить это весьма сложно: изоляционные свойства не позволяют изучить структуру вещества традиционными методами. На основе этого исследователи занялись разработкой специальных инструментов для этого. К тому же изучаются другие слоистые материалы, например, дихалькогениды переходных металлов, для которых стабилизация экситонов не требует сильного магнитного поля.