Возбуждение в твердых телах может быть представлено в виде квазичастиц. Например, колебания кристаллической решетки, нарастающие вместе с температурой, можно описать в виде фононов. Математика в состоянии описать такие квазичастицы, которые никто раньше не наблюдал в материале. Если у таких квазичастиц есть привлекательные свойства, для ученых это повод присмотреться к материалу поближе.

Так, например, субмерные частицы фрактоны. Они не обладают кинетической энергией и, как следствие, полностью стационарны. Это делает их идеальными кандидатами для надежного хранения информации. Особенно с тех пор, как они обрели возможность двигаться в определенных обстоятельствах, а именно, оседлав другие квазичастицы.

«Фрактоны возникли из математического продолжения квантовой электродинамики, в которой электрические поля считаются не векторами, а тензорами — полностью отделенными от реальных материалов», — пояснил профессор Йоханнес Ройтер, физик-теоретик из Свободного университета Берлина.

Для того чтобы в будущем иметь возможность наблюдать фрактоны экспериментально, необходимо найти максимально простые модельные системы. Для этого сначала были созданы восьмигранные кристаллические структуры с угловыми атомами, имеющими антиферромагнитные свойства. Однако эта модель не учитывала квантовые колебания, пишет Phys.org.

Тогда профессор Ройтер вместе с коллегами из Индийского института впервые включили в вычисления квантовые колебания восьмиугольной твердотельной системы. В результате сложных расчетов появилась принципиальная возможность отображать фрактоны. При этом квантовые колебания не повысили видимость фрактонов, а наоборот, размыли их, даже при абсолютном нуле.

Следующим шагом физики хотят разработать теоретическую модель, в которой квантовые колебания можно повышать или понижать. Это будет нечто вроде промежуточного состояния между классической физикой твердых тел и предыдущими моделями. Она позволит в больших подробностях изучать расширенную квантовую электродинамику с фрактонами.

Пока не найдены материалы, проявляющие фрактоны. Но если будет разработана новая модель, которая укажет на то, какими должны быть свойства их кристаллической структуры и магнитные взаимодействия, то физики могут начать разрабатывать и измерять подобные материалы. «В ближайшие пару лет я не вижу применения этим открытиям, но, может быть, в следующем десятилетии, и тогда они могут стать тем самым квантовым скачком и получат совершенно новые свойства», — сказал Ройтер.

Поместив кусочки перовскита между двух зеркал и направив на них луч лазера, исследователи смогли напрямую контролировать спиновое состояние экситон-поляритонных пар, гибридных квазичастиц, состоящих из вещества и света. Новое устройство, сочетающее свойства электроники и фотоники, может открыть путь к появлению не имеющих аналогов компьютерных чипов или квантовых битов.