Гексаборид плутония объединяет мощные квантовые взаимодействия и топологические характеристики — сочетание, которое встречается очень редко и может содействовать разработке новых ядерных и квантовых технологий
Наука и космос003 июл 23:01
Исследователи из Национальной лаборатории Айдахо (Idaho National Laboratory) сообщили о выявлении у гексаборида плутония (PuB6) уникального квантового состояния — топологического изолятора Кондо. Аналогичное поведение ранее наблюдалось лишь у ограниченного числа материалов, а для соединений плутония зафиксировано всего несколько случаев.
Плутоний считается одним из наиболее сложных элементов в периодической таблице. С момента его открытия в 1940 году учёные изучили множество его свойств, однако поведение его электронов до сих пор остаётся одной из самых сложных задач в современной физике. Особое внимание уделяется 5f-электронам плутония, которые могут одновременно вести себя как локализованные частицы и как свободно движущиеся носители заряда.
Именно это необычное поведение является основой обнаруженного эффекта. Топологические изоляторы — это материалы, которые почти не проводят электрический ток внутри, но позволяют ему свободно перемещаться по поверхности. При этом проводимость на поверхности обладает высокой устойчивостью к дефектам и примесям.
Термин «Кондо» относится к квантовому явлению, которое возникает при сильных взаимодействиях между электронами. В таких условиях свойства материала перестают зависеть от поведения отдельных атомов и начинают определяться коллективными квантовыми эффектами. Плутоний считается одним из наиболее ярких примеров подобных систем.
Исследователи выяснили, что в гексабориде плутония оба этих явления — топологическая проводимость и сильные электронные корреляции — проявляются одновременно. Это делает соединение уникальной экспериментальной платформой для изучения актинидов — группы тяжёлых элементов, к которым относятся плутоний и уран.
Изучение таких материалов имеет не только фундаментальное значение. Электронные характеристики актинидов определяют их магнитные свойства, электрическую проводимость, а также устойчивость к высоким температурам и интенсивному радиационному воздействию. Понимание этих процессов необходимо для прогнозирования старения ядерных материалов, повышения безопасности реакторов и разработки новых энергетических технологий.
Исследование требовало использования уникальной экспериментальной инфраструктуры Национальной лаборатории Айдахо. Учёные применили методы подготовки микроскопических образцов плутония с помощью сфокусированных ионных пучков, а затем провели измерения при сверхнизких температурах, где квантовые эффекты становятся наиболее заметными.
Экспериментальные результаты были дополнительно проверены с помощью компьютерного моделирования, выполненного совместно с учеными из Колумбийского университета. Расчёты подтвердили наличие у гексаборида плутония топологических свойств и позволили лучше понять его электронную структуру.
Авторы исследования полагают, что открытие создает основу для изучения других сложных соединений актинидов, которые ранее были практически недоступны для экспериментальной физики. Помимо задач ядерной энергетики, такие материалы могут быть интересны для квантовых вычислений, высокоточных сенсоров и новых методов моделирования поведения ядерных систем.
Darth SaharaИсточники:phys.orgPhysical Review ResearchНаука и космос0Ядерная энергетикаКвантовые вычисленияМатериаловедениеФизика конденсированного состоянияПлутонийКвантовые материалыТопологические изоляторы03 июл 23:01
Источник