"В науке есть искусство, а в искусстве — наука" — так считал биохимик, популяризатор науки и научный фантаст Айзек Азимов.
Японские физикииз Университета города Осака впервые наблюдали в квантовой жидкости эффект, известный в науке как неустойчивость Кельвина–Гельмгольца. В мире классической физики этот феномен проявляется, когда два потока движутся с разной скоростью, создавая характерные волны и завихрения. Например, на границе облаков или в морских волнах.
До сих пор этот эффект в квантовых средах был лишь теоретическим предположением. Однако команда Хиромицу Такэути не только зарегистрировала его, но и обнаружила новые вихри в форме полумесяца. Эти вихри получили название эксцентрические дробные скирмионы (EFS). Исследователи отмечают, что они пускай отдалённо, но напоминают сияющую луну в правом верхнем углу картины «Звёздная ночь» Ван Гога.
Для получения этого результата физики охладили газ атомов лития до почти абсолютного нуля, превратив его в многокомпонентный конденсат Бозе–Эйнштейна. В этом состоянии атомы ведут себя как единая квантовая волна. Конденсат был разделён на два потока с разными скоростями, что вызвало появление ряби на границе — квантового аналога классической неустойчивости.
Однако в квантовой системе волны быстро трансформировались в сложные вихревые структуры. Их формирование определялось строгими законами квантовой механики. Эти вихри оказались несимметричными, смещёнными и имели форму полумесяца. В них также были "сингулярности" — точки, где обычная спиновая структура резко нарушалась.
Зачем нужно это исследование? Скирмионы уже сейчас считаются перспективными элементами в спинтронике — "дочери" электроники. Как известно, электроника основана на способности электронов переносить заряд, благодаря чему генерируется электрический ток. В свою очередь, в спинтронике для генерации токов используется не свойство электронов переносить заряд, а наличие спина, или магнитного момента.
Кроме того эта технология может привести к созданию более быстрых и энергоэффективных устройств для хранения и обработки данных. Открытие нового типа скирмиона в квантовой жидкости открывает новые возможности для их генерации и управления.
Эта работа также поднимает теоретические вопросы. Эксцентричные дробные виртуальные частицы не вписываются в существующую топологическую классификацию, указывая на пробелы в понимании таких квантовых структур.Учёные планируют провести более точные эксперименты для проверки давнишних предсказаний о длинах волн и частотах колебаний при неустойчивости Кельвина–Гельмгольца. Они также намерены выяснить, встречаются ли подобные вихри в других квантовых системах.