Выводы команды — важный шаг к объяснению загадки, с которой физики во всем мире бились в течение 30 лет, когда ученые впервые заметили изменение электрических и магнитных свойств материала, но не смогли полностью его описать. Это тонкое изменение происходит, когда материал охлаждается до 17,5 градусов выше абсолютного нуля или ниже (охлаждение костей до минус 428 градусов по Фаренгейту).«Этот« скрытый порядок »стал предметом почти тысячи научных работ с тех пор, как впервые был представлен в 1985 году в Лейденском университете в Нидерландах», — сказал Гирш Блумберг, профессор кафедры физики и астрономии Школы гуманитарных и естественных наук. .Сотрудники из Университета Рутгерса, Национальной лаборатории Лос-Аламоса в Нью-Мексико и Лейденского университета опубликовали свои выводы на этой неделе в интернет-журнале Science Express, в котором публикуются избранные исследовательские работы до их появления в журнале Science. Блумберг и двое коллег Рутгерса, аспирант Сян-Си Кунг и профессор Кристьян Хауле, возглавили сотрудничество.
Изменения порядка — вот что заставляет жидкие кристаллы, магнитные материалы и сверхпроводники работать и выполнять полезные функции. Хотя открытие под руководством Рутгерса не изменит высокотехнологичные продукты в одночасье, такие знания жизненно важны для постоянного прогресса в электронных технологиях.«Сотрудники Лос-Аламоса создали кристаллический образец соединения урана, рутения и кремния с беспрецедентной чистотой — прорыв, необходимый нам для достижения прогресса в решении загадки скрытого порядка», — сказал Блумберг.
Уран обычно известен как элемент топлива ядерного реактора или оружейного материала, но в этом случае физики оценивают его как тяжелый металл с электронами, которые ведут себя иначе, чем в обычных металлах.В этих холодных условиях орбитальные узоры, образованные электронами в атомах урана из соседних кристаллических слоев, становятся зеркальным отображением друг друга. Выше температуры скрытого порядка эти электронные орбитали одинаковы. Исследователи Рутгерса обнаружили эту так называемую «нарушенную зеркальную симметрию» с помощью разработанной ими аппаратуры, основанной на принципе, известном как рамановское рассеяние, для различения структуры зеркальных изображений на электронных орбиталях.
Блумберг также благодарит двух профессоров теоретической физики из Рутгерса за предсказание явления, открытого его командой.«В этой области редко бывает такая предсказательная сила», — сказал он, отметив, что Габриэль Котляр разработал вычислительную технику, которая привела к предсказанию симметрии скрытого порядка. Хаул и Котляр применили эту технику для предсказания изменений электронных орбиталей, обнаруженных Кунгом и Блумбергом.При еще более низких температурах, на 1,5 градуса выше абсолютного нуля, материал становится сверхпроводящим, теряя всякое сопротивление потоку электричества.
Хотя этот материал непрактичен для современных продуктов и систем, основанных на сверхпроводимости, он позволяет по-новому взглянуть на то, как материалы могут стать сверхпроводящими.Загадка скрытого порядка также была в центре внимания других исследователей Рутгерса.
Два года назад профессора Премала Чандра и Пирс Коулман вместе с выпускницей Рутгерса Ребеккой Флинт опубликовали еще одно теоретическое объяснение этого явления в журнале Nature.Сотрудник Лейденского университета Джон Майдош является сотрудником лаборатории, которая обнаружила скрытый порядок в 1985 году.
«Работа Блумберга и его команды — важный и жизнеспособный шаг к пониманию скрытого порядка», — сказал Мидош. «Спустя 30 лет мы уверенно продвигаемся к окончательному решению».