Ученые совершили прорыв, обнаружив скрытую геометрическую структуру внутри квантовых материалов, которая искривляет движение электронов. Этот эффект удивительным образом напоминает то, как гравитация, согласно теории Эйнштейна, искривляет путь света. Открытие, сделанное международной командой исследователей из Женевского университета (Швейцария), Университета Салерно и Института CNR-SPIN (Италия), было опубликовано в престижном журнале Science.
Квантовые материалы, чьи свойства определяются законами физики на микроскопическом уровне, лежат в основе многих современных и будущих технологий — от сверхбыстрой передачи данных до сверхпроводимости. Внутри некоторых из них, при взаимодействии огромного числа частиц, может возникать особая внутренняя геометрия, известная как «квантовая метрика». Долгое время она считалась чисто математической абстракцией, но теперь ученые доказали, что она оказывает реальное физическое воздействие.
Прорывное открытие было сделано на границе раздела двух оксидных материалов — титаната стронция и алюмината лантана. Этот интерфейс создаёт уникальные условия для изучения квантовых явлений: здесь возникает двумерный электронный газ с необычными свойствами из-за разрыва поляризации и зарядовой реконструкции. Электроны в этом тонком слое ведут себя коллективно, демонстрируя экзотические состояния, важные для квантовых вычислений и спинтроники. Как объяснил ведущий автор исследования Джакомо Сала, присутствие квантовой метрики можно выявить, наблюдая, как траектории электронов искажаются под совместным влиянием этой геометрии и мощных магнитных полей, приложенных к материалу.
Возможность экспериментально измерить этот эффект — огромный шаг вперед. Это позволяет ученым гораздо точнее определять оптические, электронные и транспортные свойства материалов. Более того, выяснилось, что квантовая метрика является фундаментальной характеристикой для многих веществ, а не редким исключением, как предполагалось ранее.
Это открытие открывает новые пути для исследований и использования квантовой геометрии в самых разных материалах. Как заключил профессор Андреа Кавилья, оно имеет большое значение для создания электроники следующего поколения, работающей на терагерцовых частотах. Этот диапазон электромагнитного излучения между микроволнами и инфракрасным светом позволит передавать данные на сверхвысоких скоростях, что критически важно для технологий связи, таких как 6G, а также обеспечит прорыв в неинвазивной медицинской визуализации и высокочувствительных датчиках. Открытие также обещает прогресс в области сверхпроводимости и управления взаимодействием света с веществом.
Источник: Scientists discover hidden geometry that bends electrons like gravity