Доказано существование квантового предела скорости термализации

Независимо от того, ждём ли мы, пока лобовое стекло автомобиля оттает зимой, или пока остынет тёплый напиток, время, необходимое объекту для достижения стабильной, равномерной температуры в окружающей среде (тепловое равновесие), зависит от множества факторов. К ним относятся площадь поверхности, свойства материала объекта и поток воздуха. Но когда мы приближаемся к субатомному масштабу, например, к тому, где работают кубиты в квантовом компьютере, вступают в силу другие правила. Внешние условия по-прежнему имеют значение, но, согласно новой статье, опубликованной в журнале Nature Physics, квантовая механика устанавливает фундаментальный предел скорости, с которой процесс может привести различные квантовые системы в состояние теплового равновесия. Значимость этого открытия заключается в том, что эта граница универсальна. Независимо от того, сколько энергии приложено или насколько сильно система подвергается воздействию, процесс нельзя ускорить.

Соединение урана, известное с 1960-х годов, демонстрирует скрытую спиральную структуру с необычными магнитными свойствами

Учёные из Техасского университета в Далласе обнаружили необычную атомную структуру в материале на основе урана, которая придает ему редкое сочетание магнитных свойств (была обнаружена ранее неизвестная хиральная сверхрешетка в кристалле оксителлурида урана UOTe). Это открытие может дать новые возможности для разработки передовых электронных и компьютерных запоминающих устройств. Работа была опубликована 7 октября в журнале Nature.

Наблюдение нарушения симметрии обращения времени в сверхпроводнике I типа YbSb₂

Симметрия обращения времени гласит, что физическая система ведет себя одинаково независимо от того, идет ли время вперед или назад. Редкие нетрадиционные сверхпроводники нарушают эту симметрию. В этом случае они спонтанно генерируют крошечные внутренние магнитные поля при переходе в сверхпроводящее состояние. До недавнего времени все известные сверхпроводники, обладающие такими свойствами, относились к типу II. Однако в исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, сообщается об открытии сверхпроводника типа I, который также нарушает симметрию обращения времени. Учёные вырастили монокристаллы YbSb₂, материала с атомной структурой, встречающейся как в обычных, так и в нетрадиционных сверхпроводниках. Проверив его поведение в условиях магнитных полей, физики подтвердили, что это сверхпроводник I типа. В отличие от сверхпроводников II типа, которые пропускают магнитные поля внутрь, материалы I типа полностью выталкивают их наружу.

Сосуществование резонансных мод металла и диэлектрика в единой наноструктуре гиперболического материала

Металлические наноструктуры исключительно эффективно концентрируют свет в крошечных объемах, в то время как диэлектрические наноструктуры превосходно накапливают свет с минимальными потерями энергии. Традиционно для объединения этих взаимодополняющих свойств требовались сложные гибридные структуры, в которых смешиваются два оптических режима, что затрудняло их независимое управление. Поэтому достижение обоих типов резонанса в рамках одной наноструктуры без интерференции мод остается серьезной проблемой в нанофотонике, ограничивающей разработку компактных многофункциональных оптических устройств. Для решения этой задачи учёные разработали наноструктуры с использованием природного гиперболического двумерного материала MoOCl₂, который ведет себя как металл вдоль одного кристаллического направления и как диэлектрик вдоль перпендикулярного направления, что позволяет сосуществовать двум принципиально различным резонансным модам в пределах одной наноструктуры. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Nano.

Наблюдение гексагонального плотноупакованного водяного льда в условиях, характерных для недр ледяных гигантов

Глубоко внутри таких планет, как Нептун и Уран, лёд не похож на замороженные кубики, которые вы кладёте в холодный напиток. Из-за огромной температуры и давления он переходит в странное состояние суперионного лёд, где атомы кислорода образуют твёрдую сетку, в то время как ядра водорода свободно перемещаются сквозь неё (как в жидкости), позволяя проводить электричество. Учёные попытались выяснить какие формы горячего проводящего льда образуются при таких процессах. Работа опубликована в  журнале Physical Review Letters.

Секрет квантового поведения водорода кроется в симметрии

В статье, недавно опубликованной в журнале Nature Communications, учёные из Института промышленных наук Токийского университета обнаружили ключевой элемент головоломки с водородом (ведет себя по-разному в присутствии ванадия). Объединив измерения структуры и диффузии водорода с квантово-механическими расчетами, было выяснено, что именно кристаллическая симметрия определяет как ведёт себя водород внутри ванадия — как квантовая волна или как классическая частица.

Двухзонная сверхпроводимость в многослойных NbSe₂ и TaS₂

Один из наиболее широко изученных сверхпроводников, диселенид ниобия (NbSe₂), казался довольно простым в разделении на несколько атомных слоев. Эксперименты показали, что он ведет себя как сверхпроводник с единственной энергетической щелью. Однако учёные подозревали, что за этим кроется нечто большее. Используя туннельную спектроскопию, было обнаружено, что материал ведет себя вовсе не как простой сверхпроводник одного порядка — он скрывает два разных сверхпроводящих порядка, которые взаимодействуют настолько сильно, что кажутся одним целым. Такое же скрытое поведение было обнаружено и в другом близкородственном материале, TaS₂. Работа была опубликована в журнале Physical Review Letters.

Индуцированное светом квантовое трение углеродных нанотрубок в воде

Группа исследователей из Бохума, Германия, неожиданно обнаружила, что свет может замедлять движения в наномире. Это связано с квантовым трением — явлением, которое до сих пор было плохо изучено. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature. Ожидалось, что свет будет нагревать частицы или приводить их в движение. Однако, в водном растворе флуоресцентные углеродные нанотрубки движутся гораздо медленнее после облучения светом. В ходе этого процесса константа диффузии уменьшается с увеличением интенсивности света, что связано с прямой связью между электронами в твердом теле и молекулами жидкости.

Получен 80-атомный борный фуллерен бакибол

Ученые из Университета Брауна представили первые экспериментальные доказательства существования молекулы «бакибол», состоящей из 80 атомов бора. Новая структура является родственницей углеродного бакибола, известного как бакминстерфуллерен — молекулы в форме футбольного мяча, состоящей из 60 атомов углерода, которая способствовала началу революции в нанотехнологиях. Доказательства существования новой наноструктуры получены с помощью фотоэлектронной спектроскопии. Исследование опубликовано в журнале Chemical Science.

Лазерно-индуцированное зарождение хопфионов в хиральном магните

В работе, опубликованной в журнале Nature Physics, шведско-немецко-люксембургско-китайская группа учёных обнаружила магнитные хопфионы. Эксперименты проводились на хиральных магнитных кристаллах. Физики изучали тонкие пленки железа-германия (FeGe) толщиной около 110–200 нанометров. Прорыв стал возможен благодаря использованию фемтосекундных лазерных импульсов.