Що таке квазічастинки і як з ними працюють

Фізик Ерік ван Хоймен з Університету Амстердама описав експерименти, в яких спробував «налаштувати» взаємодії між квазічастинками.

Закони квантової механіки допускають існування «квазічастинок»: це не частинки у звичному розумінні, а різні збудження в матеріалах. При цьому ведуть вони себе аналогічно частинкам. Головна перевага квазічастинок у тому, що їхні властивості можна змінювати.

В останні роки топологія і фізика конденсованого стану об'єдналися в нову область досліджень: топологічні матеріали. Найбільш цікаві в цій галузі квазічастинки: це локальні обурення в матеріалах, які поводяться точно так само, як і частинки. Існування квазічастинок достовірно відоме і підтверджується квантовою фізикою - а використання топології дозволяє ввести абсолютно новий набір частинок - наприклад, як ферміони Дірака і Вейля, аксиони і магнітні монополі (гіпотетичні частинки).

Звільнившись від суворого набору правил для звичайних частинок, дослідники можуть отримують контроль над властивостями квазічастинок. Для цього потрібно ретельно підібрати відповідні матеріали.

Нещодавно було виявлено сімейство матеріалів, в яких атоми розташовані у вигляді так званої «решітки кагоме» - складне переплетення фігур, в яких трикутники формують шестикутну сітку.

Ґрати кагоми

У таких матеріалах пропонується збуджувати так звану «хвилю щільності потоку» - збудження, яке забезпечило б підтвердження теоретичних передбачень про те, що в таких матеріалах можуть міститися екзотично взаємодіючі квазічастинки.

Те, що такі «налаштовувані» взаємодії між квазічастинками в матеріалах можуть бути створені в лабораторії, в майбутньому може мати великі перспективи для досліджень топологічних матеріалів.

Стаття опублікована в журналі Nature Materials News & Views.