Физики исследовали топологию квазикристаллов в четвертом измерении

Исследователи из Технологического института Технион в Израиле вместе с немецкими коллегами обнаружили новые свойства квазикристаллов, которые упоминают их связь с высшими измерениями. Это исследование, опубликованное в журнале Science, трактует топологические характеристики данных уникальных материалов, впервые обнаруженных в 1982 году профессором Даном Шехтманом.

Шехтман стал лауреатом Нобелевской премии по химии в 2011 году, открыв квазикристаллы, которые длительное время считались недоступными в природе. На малых масштабах эти материалы кажутся хаотичными, однако, на большом масштабе проявляют строгую симметрию. Профессор Дов Левин и его научный руководитель профессор Пол Стейнхардт предложили первую теоретическую интерпретацию этого феномена, предположив, что квазикристаллы периодичны в более высоких измерениях, чем те, которые доступны в физическом мире.

Новое исследование международной научной группы демонстрирует, что высшие измерения формируют не только механические, но и топологические свойства квазикристаллов.

Исследователи анализировали квазипериодические интерференционные схемы электромагнитных поверхностных волн и обнаружили, что, хотя они визуально различны, их топологические характеристики на двухмерной плоскости не отличимы. Дифференциация этих картин возможна лишь посредством анализа «оригинального» кристалла в высших измерениях.

Также учёные зафиксировали удивительное явление: два различных топологических паттерна поверхностных волн выглядели идентично в рамках определённого временного интервала, длительность которого составляла всего лишь аттосекунды — миллиардную долю миллиардной секунды. Это объясняется «конкуренцией» между топологическими свойствами и термодинамическими характеристиками кристаллов.

В рамках экспериментов применялись две методики: ближнепольная сканирующая оптическая микроскопия и двухфотонная фотоэмиссионная электронная микроскопия. Результаты данного исследования открывают новые перспективы в измерении термодинамических свойств квазипериодических кристаллов.

Исследовательская группа планирует в дальнейшем убедиться в применимости своих выводов на иных физических системах и глубже изучить взаимосвязь между термодинамическими и топологическими свойствами. Уникальные топологические особенности квазикристаллов в высших измерениях могут быть полезны для представления, кодирования и передачи информации, что прокладывает путь к новым достижениям в сфере квантовых вычислений и изучении структуры Вселенной.

Источник: iXBT