Все мы из школы знаем про агрегатные состояния вещества, а также знаем, что при изменении температуры вещества могут перейти из одного состояния в другое. В реальности можно выделить большее количество состояний, нежели агрегатные. Физики называют такие скачкообразные изменения свойств вещества фазовыми переходами.
При фазовом переходе первого рода скачкообразно изменяются основные характеристики вроде концентрации, количества запасенной энергии, а примером таких переходов могут служить плавление и кристаллизация, испарение и конденсация и др. При фазовом переходе второго рода меняются не сами характеристики, но радикально меняется скорость, с которой они могут меняться под внешним воздействием. К таким переходам можно отнести, например, переход аморфных материалов в стеклообразное состояние.
В 1976 американский физик Джон Херц показал, что при температурах, близких к абсолютному нулю, фазовый переход второго рода может состояться за счёт нетепловых квантовых флуктуаций, существование которых обусловлено принципом неопределенности Гейзенберга.
Активное исследование таких переходов велось, ведется и будет вестись, потому что именно в момент перехода между двумя хорошо изученными и описанными фазами проще всего найти несоответствие разработанным теориям и заглянуть в новую физику.
Вот в рамках такого исследования команда из университета Райса и занялась изготовлением сверхчистых пленок из смеси иттербия, родия и кремния, получив в итоге «странный» по свойствам металл. Эксперимент показал, что при охлаждении до низких температур, когда происходит квантовый фазовый переход, электроны в пленке при взаимодействии с пучками терагерцового излучения начали «запутываться» и вести себя как единое целое.
Ученые надеются, что изучение такой «коллективизации» электронов одновременно поможет им понять и процесс квантового фазового перехода в «странных металлах», и, что более интересно, свойства перехода в состояние высокотемпературного сверхпроводника, созданием которого заморачиваются уже лет 40 в интересах промышленности.
L. Prochaska et al. Science 17 Jan 2020: Vol. 367, Issue 6475, pp. 285-288 DOI: 10.1126/science.aag1595