Специалисты из Массачусетского технологического института впервые наблюдали состояние ультрахолодных атомов натрия, демонстрирующее поведение, аналогичное электронам в магнитном поле – свободное движение без сопротивления. Полученные данные открывают перспективы для разработки технологий сверхэффективной передачи информации и энергии, исключающей потери.
Электроны — элементарные частицы с отрицательным зарядом — обычно свободно перемещаются через большинство металлов. При столкновении с препятствием их движение сопровождается трением, и они начинают разлетаться в случайном порядке. Однако в некоторых необычных материалах и под воздействием магнитного поля возможно целенаправленное движение электронов. Это проявляется в том, что частицы притягиваются к границам материала и движутся в одном направлении, с лёгкостью преодолевая препятствия.
Впервые о нем сообщили в 1980 году, в ходе исследований слоистых материалов при сверхнизких температурах. Тогда ученые выяснили, что при прохождении электрического тока через такие материалы, электроны под воздействием магнитного поля накапливаются и мигрируют к краям с одной стороны. Данное явление получило название «эффект Холла».
«По словам одного из соавторов нового исследования, физика Ричарда Флетчера из Массачусетского технологического института (США), движение заряда в магнитном поле указывает на существование предельных состояний, наблюдение которых представляет собой сложную задачу).
Чтобы зафиксировать частицы в пограничном состоянии, исследователи в своей научной работе, опубликованной в журнале Nature Physics, разработали более значимую и наблюдаемую систему: они создали установку, имитирующую поведение электронов в магнитном поле.
В ходе эксперимента облако, состоящее из миллиона атомов натрия, было помещено в лазерную ловушку и охлаждено до температуры нанокельвина. После этого, манипулируя ловушкой, ученые создали в устройстве «край» — кольцевую структуру из лазерного света, вокруг которой сформировалась круглая область вращающихся атомов. Полученные снимки показали, что при столкновении атомов с кольцом света они двигаются вдоль его границы исключительно в одном направлении.
«Ученые установили, что атомы перемещаются непрерывно, не проникают и не распределяются по остальной части системы. Это представляет собой упорядоченный и стабильный поток, сохраняющий свою целостность даже при возникновении препятствий», — заключили ученые.
Новое открытие в физике конденсированного состояния демонстрирует впечатляющее явление, продолжающееся лишь доли секунды и на масштабах микрон. Авторы исследования полагают, что полученные результаты могут открыть возможности для сверхэффективной передачи данных и энергии, исключая потери.