Ученые изучают потенциал “фрактонов” – стационарных и неподвижных квазичастиц, которые могли бы обеспечить безопасное хранение информации, основанное на математическом расширении квантовой электродинамики. Хотя пока не существует материала, проявляющего эти фрактоны, идет работа над созданием более точных моделей, учитывающих квантовые флуктуации, которые могли бы направить экспериментальных физиков в проектировании и измерении материалов с такими свойствами, возможно, приведя к значительному квантовому скачку в будущих технологиях.
Фрактоны – это дроби спиновых возбуждений и не могут обладать кинетической энергией. В результате они полностью стационарны и неподвижны. Это делает фрактоны новыми кандидатами для идеального хранения информации. Особенно потому, что они могут перемещаться при особых условиях, а именно на спине другой квазичастицы.
“Фрактоны возникли из математического расширения квантовой электродинамики, в которой электрические поля рассматриваются не как векторы, а как тензоры – полностью оторванные от реальных материалов”, – объясняет профессор доктор Йоханнес Ройтер, теоретический физик из Свободного университета Берлина и HZB.
Простые модели
Для того, чтобы в будущем можно было экспериментально наблюдать фрактоны, необходимо найти модельные системы, которые были бы как можно проще: для этого сначала были смоделированы октаэдрические кристаллические структуры с антиферромагнитно взаимодействующими угловыми атомами. Это позволило обнаружить особые узоры с характерными щипковыми точками в спиновых корреляциях, которые в принципе также могут быть обнаружены экспериментально в реальном материале с помощью нейтронных экспериментов.
“Однако в предыдущих работах спины рассматривались как классические векторы, без учета квантовых флуктуаций”, – говорит Ройтер.
Включение квантовых флуктуаций
Поэтому Ройтер вместе с Ясиром Икбалом из Индийского института технологии в Ченнаи (Индия) и его аспирантом Нильсом Ниггеманом впервые включил квантовые флуктуации в расчет этой октаэдрической твердотельной системы. Это очень сложные численные расчеты, которые в принципе способны отобразить фрактоны.
“Результат нас удивил, потому что мы на самом деле видим, что квантовые флуктуации не усиливают видимость фрактонов, а наоборот, полностью размывают их, даже при абсолютном нуле”, – говорит Ниггеман.
На следующем шаге трое теоретических физиков хотят разработать модель, в которой квантовые флуктуации можно было бы регулировать вверх или вниз. Своего рода промежуточный мир между классической твердотельной физикой и предыдущими симуляциями, в котором можно было бы более подробно изучить расширенную квантовую электродинамику со своими фрактонами.
Пока не известен материал, проявляющий фрактоны. Но если следующая модель даст более точные указания на то, какой должна быть кристаллическая структура и магнитные взаимодействия, то экспериментальные физики смогут приступить к проектированию и измерению таких материалов.