4 дня назад
8
Ученые из Национальной лаборатории Айдахо (США, INL) подробно изучили электронное поведение гексаборида плутония (PuB6). Они показали, что это соединение работает как топологический изолятор Кондо — редкое квантовое состояние, которое открывает новое окно в понимание самых тяжелых элементов периодической таблицы.
Почему плутоний так сложно изучать
Плутоний уже 86 лет остается одним из самых загадочных материалов. Он критически важен для ядерной энергетики и безопасности, но его внутреннее устройство упорно сопротивляется полному описанию. Теперь PuB6 дает физикам удобную модель, на которой можно наблюдать, как сильные электронные взаимодействия сочетаются с топологическими свойствами.
Что такое топологический изолятор Кондо
Обычные вещества либо хорошо проводят ток, как металлы, либо почти полностью его блокируют, как изоляторы. Топологические изоляторы ведут себя иначе: внутри они ведут себя как изоляторы, а по поверхности пропускают электричество, причем этот поверхностный ток очень устойчив к загрязнениям и повреждениям.
Приставка «Кондо» добавляет еще один слой сложности. Так называют квантовое явление, когда электроны сильно взаимодействуют друг с другом и начинают вести себя как единое целое, а не как отдельные частицы. В плутонии это особенно ярко проявляется из-за 5f-электронов.
Как проводили эксперимент
Из-за сильной радиоактивности плутония работать с ним приходится с особыми мерами предосторожности. Ученые использовали сфокусированный ионный пучок, чтобы вырезать крошечные образцы, а потом охлаждали их до сверхнизких температур. Холод убирает тепловые колебания атомов и позволяет увидеть чистую квантовую картину.
Для надежности результаты сравнили с компьютерными моделями, созданными теоретиками из Колумбийского университета.
Новые горизонты для квантовых технологий
Устойчивые поверхностные токи в таких материалах открывают дорогу к новым технологиям: стабильным элементам для квантовых компьютеров, сверхточным магнитным датчикам и более точному моделированию ядерных материалов.
Эта работа разворачивает исследования самых тяжелых элементов периодической таблицы — актинидов — в сторону квантовой физики.
Теперь у ученых есть удобная и хорошо управляемая модель на основе гексаборида плутония, с помощью которой можно глубже разобраться в поведении этих сложных и капризных элементов, которые до сих пор остаются одними из самых загадочных в науке.
Ученые впервые заперли атом плутония в молекулярной клетке
Физики наконец объяснили странное деление атомов ртути
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX
