В металлических нанокристаллах обнаружены фрактальные структуры

В новом исследовании, проведенном кафедрой прикладной физики и материаловедения Университета Северной Аризоны, группа учёных обнаружила, что фрактальные объекты, аналогичные снежинкам из льда, возникают в нанокристаллах золота, меди и железа. Когда частицы металла слипаются в ходе молниеносной химической реакции, они образуют пятиугольные структуры, очень похожие на природные снежинки, — явление, имеющее невероятно важное значение для будущего нанотехнологий. Статья была опубликована в качестве главной в журнале Small.

Шаги Шапиро в сильно взаимодействующих ферми-газах

Впервые учёные наблюдали знаменитые ступени Шапиро — ступенчатый квантовый эффект — в ультрахолодных атомах. В эксперименте переменный ток был приложен к джозефсоновскому переходу, образованному атомами, охлажденными почти до абсолютного нуля и разделенными чрезвычайно тонким барьером из лазерного света. Оказалось, что атомы смогли преодолеть этот барьер коллективно и без потери энергии. Они вели себя так, как если бы, благодаря квантовому туннелированию, барьер был прозрачным. По мере протекания осциллирующего тока через переход разница химических потенциалов между двумя сторонами изменялась не плавно, а увеличивалась дискретными, равномерно расположенными ступенями, подобно подъему по квантовой лестнице. Высота каждой ступени напрямую определяется частотой приложенного тока, и эти ступенчатые разности химических потенциалов являются атомным аналогом ступеней Шапиро в обычных джозефсоновских переходах. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Аномальная зависимость волны плотности заряда и реконструкции поверхности Ферми от давления в BaFe₂Al₉

Учёные заменили низкие температуры высоким экстремальным давлением — открыт способ эффективной передачи электрического тока через определенные материалы при комнатной температуре. Это открытие может произвести революцию в сверхпроводимости и изменить подходы к сохранению и генерации энергии. Исследование показывает, что поведение волн зарядовой плотности не только усиливается под экстремальным давлением, но и может проявляться при комнатной температуре, что, по мнению авторов, является редким и захватывающим открытием. Этот вывод резко контрастирует с тем, что обычно наблюдается в других двумерных материалах, где волны зарядовой плотности ослабевают под давлением. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.

Иерархическое формирование узлов полугибких нитей под действием гидродинамики

Используя моделирование броуновской динамики, исследователи продемонстрировали, что когда полугибкая нить падает сквозь вязкую жидкость — условия, аналогичные условиям ультрацентрифугирования, — дальние гидродинамические потоки могут изгибать и складывать нить сама на себя. Эти потоки концентрируют часть нити в компактную головку, растягивая оставшуюся часть в хвостовую часть, создавая конфигурацию, которая позволяет петлям пересекаться и фиксироваться в стабильных узлах. Это открытие, опубликованное в журнале Physical Review Letters, дает новое понимание физики динамики полимеров и имеет значение в самых разных областях, от понимания поведения ДНК в условиях ограниченного пространства до разработки мягких материалов и наноструктур следующего поколения.

Обнаружено, что электрон-фононные взаимодействия в кристаллах квантуются фундаментальной константой

Исследование, опубликованное в журнале Chemical Physics Impact под руководством Масаэ Такахаси из Университета Тохоку, показывает, что сила электрон-фононной связи всегда является целым кратным постоянной тонкой структуры, умноженной на постоянную Больцмана. Другими словами, в ходе каждого взаимодействия передаётся примерно одна из 137 частей энергии фонона. Высокая точность измерений электрон-фононной связи была достигнута благодаря передовой терагерцовой спектроскопии, которая исследует колебания в диапазоне энергий от инфракрасного до микроволнового. Данное исследование раскрывает универсальное квантовое правило, управляющее взаимодействием электронов с колебаниями решетки внутри кристаллов.

Асимметрия одиночного спина в нормальном пучке ²⁰⁸Pb при низкой энергии: разрешённое противоречие или новая кинематическая загадка?

Рассеяние электронов на ядрах можно предсказать достаточно точными способами. Например, изменение спина входящих электронов на противоположный может слегка изменить картину рассеяния, что обусловлено обменом двумя «виртуальными фотонами» между электроном и ядром. Для большинства ядер теория точно предсказывает величину этого крошечного эффекта, и десятилетия экспериментов подтвердили эти предсказания. Более ранние измерения, проведённые на Национальном ускорительном комплексе имени Томаса Джефферсона Министерства энергетики США, показали, что для свинца этот спин-зависимый эффект, по-видимому, полностью исчезает, что не может объяснить ни одна существующая теория. Группа физиков из Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга (JGU) сделала важный шаг к ответу на этот вопрос, но обнаружила, что загадка ещё глубже, чем считалось ранее. Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Быстрые рентгеновские импульсы позволяют в 100 раз повысить эффективность фотоионизации

Скорость имеет значение. Когда рентгеновский фотон возбуждает атом или ион, заставляя электрон ядра перейти на более высокий энергетический уровень, открывается кратковременное окно возможностей. Прежде чем электрон заполнит пустоту на более низком энергетическом уровне, всего за несколько фемтосекунд, второй фотон может быть поглощен другим электроном ядра, создавая двойное возбуждённое состояние. Используя 5000 интенсивных рентгеновских вспышек в секунду, генерируемых XFEL (европейский рентгеновский лазер на свободных электронах), международная группа ученых исследовала такие состояния с двумя дырками в сильно ионизированном криптоне, используя фотоны, которые имели почти одинаковую энергию или цвет.

Нестабильность Рэлея-Тейлора в бинарной квантовой жидкости

В серии недавних экспериментов физики смешали две сверхтекучие жидкости и обнаружили несколько неожиданных закономерностей, характерных для обычных жидкостей — рябь и грибовидные облака, которые обычно возникают при столкновении двух обычных жидкостей с разной плотностью. Работа опубликована в журнале Science Advances.

Достигнута квантовая телепортация между фотонами от двух удаленных источников света

Дальность распространения света ограничена, поэтому для квантового интернета необходимо обновлять световой сигнал примерно каждые 50 километров с помощью оптического усилителя. Квантовую информацию невозможно просто усилить, скопировать и передать, в квантовом интернете это не работает, но квантовая физика позволяет передавать информацию от одного фотона к другому, пока она остаётся неизвестной (квантовая телепортация). Исследователи из Института полупроводниковой оптики и функциональных интерфейсов (IHFG) Штутгартского университета совершили решающий прорыв в разработке одного из самых технически сложных компонентов — квантового повторителя. Учёным впервые в мире удалось передать квантовую информацию между фотонами, исходящими из двух разных квантовых точек. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.

Негармонические двухцветные фемтосекундные лазеры достигают 1000-кратного усиления выходного белого света в H₂O

Используя негармоническое двухцветное фемтосекундное лазерное возбуждение, учёные из Института молекулярных наук (NINS, Япония) и SOKENDAI открыли новый оптический принцип, который позволяет генерировать в воде значительно более сильный свет, достигая 1000-кратного увеличения выходного сигнала широкополосного белого света по сравнению с традиционными методами. В эксперименте было использовано негармоническое двухцветное фемтосекундное лазерное возбуждение, при котором две длины волн лазера не имеют целочисленного соотношения частот. Хотя комбинации гармоник (такие как основная и вторая гармоники света) широко используются в нелинейной оптике, это первая демонстрация того, что негармоническое возбуждение в воде может открыть мощный режим взаимодействия света с веществом. Эта работа опубликована в журнале Optics Letters.