Відоме полотно Вінсента Ван Гога «Зоряна ніч» стало несподіваним джерелом натхнення для відкриття нового квантового вихору. Група вчених уперше зафіксувала у квантових рідинах явище, відоме як нестійкість Кельвіна-Гельмгольца (KHI), і відкрила незвичайні півмісяцеподібні структури — ексцентричні фракційні скирміони (EFS), що нагадують сяйво місяця на картині Ван Гога.
Нестійкість Кельвіна-Гельмгольца — це ефект, який можна побачити у повсякденному житті, коли два потоки рідин або газів рухаються з різною швидкістю і утворюють хвилі або завитки, наприклад, на поверхні води чи у хмарах.
«Наше дослідження почалося з простого питання: чи може нестійкість Кельвіна-Гельмгольца виникати у квантових рідинах?» — розповідає провідний автор дослідження, асоційований професор Хіроїміцу Такеуті з Осацького метрополітенського університету.
До цього часу ніхто не спостерігав KHI у квантових рідинах. Однак тепер дослідники не лише зафіксували це явище, а й відкрили нові вихори — EFS. Вони мають форму півмісяця і містять особливі «сингулярності» — точки, де звичайна структура спіну порушується,
створюючи різкі викривлення. За словами Такеуті, великий місяць у правому верхньому куті «Зоряної ночі» дуже нагадує цей новий тип скирміонів.
Читайте також:
Ці загадкові кванти. Шведські вчені знайшли незвичайний спосіб вимірювання часу Відтворити турбулентність у квантовому середовищі було складно. Квантові рідини, як конденсат Бозе-Ейнштейна або надтекучі речовини, не мають в’язкості, а їхні властивості залежать від тонких квантових станів, які важко створити й контролювати. Для експерименту вчені охолодили газ літію майже до абсолютного нуля, утворивши багатокомпонентний конденсат Бозе-Ейнштейна. Він складався з двох компонентів, що рухалися з різною швидкістю, і на межі їхнього зіткнення виникли хвилеподібні візерунки, подібні до класичної KHI.
Водночас у квантовій системі нестійкість породила не просто гладкі хвилі, а вихори — саме ті ексцентричні скирміони, які мають півмісяцеподібну форму і вбудовані сингулярності.
Автори дослідження пояснюють: «Ці скирміони виникають через аномальне порушення симетрії, пов’язане з ексцентричною спіновою сингулярністю,
і несуть половину елементарного заряду — це відрізняє їх від звичайних скирміонів і меронів».
Читайте також:
Чарівні кванти. Вчені створили величезну молекулу, яка може існувати в двох місцях одночасно Скирміони вже досліджують у галузі спінтроніки — технології, що прагне використовувати спіни частинок для створення швидших та ефективніших пристроїв зберігання й обробки даних. Відкриття нового виду скирміонів у квантовій рідині може розширити можливості управління такими структурами.
Це також викликає нові теоретичні питання, бо ексцентричні фракційні скирміони не вписуються в існуючі топологічні класифікації, що свідчить про неповноту сучасного розуміння квантових структур.
«Наші результати підтверджують універсальність нестійкості Кельвіна-Гельмгольца як у класичних, так і у квантових системах, і розширюють знання про складну нелінійну динаміку у топологічних квантових системах», — додають автори.
Читайте також:
Приборкання кванту. У Великобританії створили процесор для квантових обчислень
