Команда ученых из Австрии, Германии и Швейцарии создали первый образец топологического материала – «бозонной цепочки Китаева» – сквозь который звуковые волны движутся весьма необычным образом. Разработка может служить усилителем механических колебаний, применение которому найдётся в производстве датчиков и устройств обработки информации.
«Цепочка Китаева» – теоретическая модель, описывающая физику электронов в сверхпроводящем материале, в частности, нанонитях. Она предсказывает существование нулевых мод Майораны, особых возбуждений на концах таких нитей. Эти состояния привлекли особый интерес учёных ввиду их потенциальной применимости в квантовых компьютерах.
По словам руководителя группы Эвольда Верхагена учёных интересовало создание «модели, которая выглядит математически тождественно, но описывает волны вроде света или звука вместо электронов». Он объяснил, что, «поскольку такие волны состоят из бозонов (фотонов или фононов), а не фермионов (электронов), их поведение может очень отличаться. Тем не менее, в 2018 году было предсказано, что бозонная цепочка Китаева проявляет поразительные свойства, не присущие на сегодня ни одному из природных материалов и ни одному метаматериалу. Несмотря на интерес учёных, экспериментальное воплощение оставалось недостижимым», сообщает Hightech.plus.
Бозонная цепочка Китаева – это, фактически, ряд соединённых между собой резонаторов. Способ их соединения управляет поведением всей цепочки. В данном случае, распространением звуковых волн вдоль цепи.
Соединив элементы цепи – вибрирующие кремниевые нити – с помощью оптических пружин и настроив интенсивность лазера, учёные смогли реализовать долгожданный метаматериал.
Результат превзошёл ожидания: оптическое соединение математически напоминало сверхпроводящие связи в фермионной цепочке Китаева. Однако незаряженные бозоны не проявляют свойства сверхпроводимости, поэтому вместо него возросла сила наномеханических колебаний. В итоге звуковые волны усиливались в геометрической прогрессии от одного конца цепочки к другому.
«Что любопытно, перенос колебаний в обратном направлении недоступен, – пояснил Верхаген. – Что ещё любопытнее, если волна чуть задерживается – на четверть периода осцилляции – её поведение полностью инвертируется: сигнал усиливается в обратном направлении, движение вперед блокируется. Бозонная цепочка Китаева действует как уникальный тип направленного усилителя, у которого могут быть интересные варианты применения в управлении сигналами, в частности, в квантовой технологии».//sa
(тв)
Commentaires