Художественная иллюстрация взаимодействия электронов и дырок с формированием кристалла из экситонов. Изображение: UC Santa Barbara
Физики сообщили об открытии экзотического состояния материи — бозонно-коррелированного изолятора. Оно состоит из экситонов, «сжатых» в высокоупорядоченный кристалл. Открытие поможет исследовать поведение бозонов и открывает возможность для создания новых материалов с необычными свойствами, пишет «Хайтек».
Экситон — это состояние, в котором отрицательно заряженный электрон (фермион) связан со своей положительно заряженной противоположностью — «дыркой» (другим фермионом), при этом два полуцелых спина вместе становятся целым числом, создавая бозонную частицу.
Чтобы создать и идентифицировать экситоны, исследователи использовали две решетки (сетки из однородных частиц) — из диселенида вольфрама и дисульфида вольфрама. Они расположили их так, чтобы сформировать муаровый узор — перекрывающуюся комбинацию ячеек, в которой сквозь одну из них видны отдельные участки другой. После этого исследователи направили на получившийся материал сильный свет.
Муаровый узор, возникающий при наложении двух решеток. Иллюстрация: Matt Perko, UC Santa Barbara
Комбинация частиц из каждой из решеток (электроны из дисульфида вольфрама и дырки из диселенида вольфрама) и свет создали благоприятную среду для образования экситонов и взаимодействия между ними, позволяя исследователям изучать поведение этих частиц.
Благодаря сильным взаимодействиям коллективное поведение этих частиц при определенной плотности переводило их в кристаллическое состояние и создавало изолирующий эффект из-за их неподвижности. Как правило, совокупность бозонов при сверхнизких температурах образует конденсат, но в этой системе, они организовались в симметричный твердый изолятор с нейтральным зарядом.
Субатомные частицы бывают одного из двух основных типов: фермионы и бозоны. Фермионы (частицы с полуцелым спином), такие как электроны и кварки, лежат в основе окружающей материи, поскольку они стабильны и взаимодействуют посредством электростатической силы. Между тем бозоны (частицы с целым спином), такие как фотоны, как правило, труднее создавать и ими сложнее манипулировать, поскольку они либо мимолетны, либо не взаимодействуют друг с другом.
Открытие системы, в которой можно создавать стабильные материалы, состоящие из бозонов, поможет изучать известные бозонные частицы, такие как экситоны. А также позволит исследовать и открывать новые бозонные материалы.
