Ученые открыли новый топологический порядок в квазикристаллах

В апреле 1982 года профессор Дан Шехтман из Техниона - Израильского технологического института открыл квазикристаллы, за что получил Нобелевскую премию по химии в 2011 году. В отличие от обычных кристаллов с периодической симметрией, квазикристаллы демонстрируют упорядоченные, но непериодические структуры.Теперь исследователи из Техниона, Штутгартского университета и Дуйсбург-Эссенского университета представили новый тип топологического порядка в этих квазикристаллах, существующий в четырехмерном пространстве. Это открытие демонстрирует, что измерения в высоких измерениях играют решающую роль в понимании физики квазикристаллов.Результаты работы группы, опубликованные в журнале Science (2025), показывают, что кристаллы высоких измерений не только диктуют механические свойства квазикристаллов, но и определяют их уникальные топологические характеристики. Профессор Харальд Гисен из Штутгартского университета объясняет, что идея заключается в создании крошечных отверстий нанометрового размера в форме пятиугольника.Используя передовые методы микроскопии, в том числе векторную 2PPE-PEEM визуализацию, ученые наблюдали плазмонные квазикристаллические моды с пентагональным режимом Q = -2. Эти моды демонстрируют отчетливые характеристики, которые вновь появляются в разных местах с течением времени, образуя вихри, похожие на те, что встречаются в плетеной хале.Этот новый топологический порядок, характеризующийся «скирмионами» (вихрями, действующими как частицы), остается постоянным благодаря симметрии плазмонов. Профессор Гай Бартал и доктор Шай Цесес из Техниона планируют применить эти результаты к другим физическим системам, что может произвести революцию в хранении, кодировании и обработке информации.Открытие подчеркивает, что квазикристаллы обладают симметричными свойствами, связанными с измерениями в высоких измерениях. Кроме того, исследователи выявили еще одно интригующее явление: два различных топологических узора на поверхностных волнах кажутся идентичными при измерении в течение определенного интервала времени, что свидетельствует о конкуренции между топологическими и термодинамическими свойствами внутри кристаллов.Работа группы открывает пути для новых методов измерения термодинамических свойств квазикристаллов и понимания взаимодействия между топологическим порядком и энергетическими состояниями. Потенциал использования уникальных топологических свойств квазикристаллов высоких измерений в будущих технологиях огромен, что обещает прогресс в представлении и манипулировании данными.