Обнаружено новое редкое состояние плутония

Гексаборид плутония при сверхнизких температурах ведет себя как топологический изолятор Кондо: внутри он не проводит электрический ток, а на поверхности сохраняет высокую проводимость. Это проливает свет на квантовые взаимодействия в тяжелых элементах и дает основу для разработки компонентов квантовых компьютеров и точных датчиков.

Ученые обнаружили у соединения плутония редкую особенность

Источник: Wikipedia

Физики сделали важное открытие в изучении тяжелых элементов: они выяснили, как ведет себя гексаборид плутония (PuB₆) при сверхнизких температурах, пишет Interesting Engineering.

В ходе масштабного исследования специалисты Национальной лаборатории Айдахо (США) обнаружили у соединения редкую особенность — материал демонстрирует свойства топологического изолятора Кондо. Суть явления в том, что объем PuB₆ блокирует электрический ток, тогда как на поверхности сохраняется устойчивая проводимость, причем она не исчезает даже при наличии дефектов и примесей.

Чтобы зафиксировать эффект, ученые применили комплекс точных методов. С помощью сфокусированного ионного пучка они выделили микроскопические участки соединения, затем охладили образцы до экстремально низких температур — это позволило минимизировать тепловые колебания и «услышать» квантовые сигналы без лишнего шума.

Параллельно теоретики из Колумбийского университета строили численные модели, чтобы сопоставить расчеты с реальными измерениями. Такая совместная работа экспериментаторов и теоретиков помогла надежно подтвердить результаты.

Это исследование дает нам редкую возможность увидеть, как сильные электронные корреляции и топологические свойства переплетаются в актинидном материале. PuB₆ становится удобной моделью для изучения физики 5f‑электронов, чье поведение особенно сложно предсказывать

Кшиштоф Гофрик

руководитель исследования, глава Центра квантовых актинидных наук и технологий в Национальной лаборатории Айдахо

Открытие важно сразу по нескольким направлениям. Во‑первых, плутоний относится к числу наиболее трудных для анализа элементов: его 5f‑электроны склонны к интенсивным взаимодействиям, из‑за чего свойства материала меняются нетривиальным образом.

Устойчивые поверхностные токи в подобных материалах потенциально пригодны для высокотехнологичных применений

Источник: Unsplash

Гексаборид плутония дает ученым контролируемую систему, где можно детально проследить эти эффекты. Во‑вторых, устойчивые поверхностные токи в подобных материалах потенциально пригодны для высокотехнологичных применений, например, для создания надежных компонентов квантовых компьютеров или сверхчувствительных магнитных сенсоров.

Таким образом, работа не только расширяет представления о квантовой природе тяжелых элементов, но и прокладывает путь к практическим разработкам на стыке физики конденсированного состояния и перспективных технологий. Полученные данные уже стимулируют новые эксперименты: исследователи планируют уточнить границы устойчивости эффекта и проверить схожие соединения, чтобы понять, насколько широко распространено подобное поведение среди актинидов.

Ранее Наука Mail рассказывала, что создан материал с рекордной проводимостью для аккумуляторов.