Компьютерра: Журнал «Компьютерра» № 39 от 24 октября 2006 года

Однако гораздо раньше удивительные свойства конденсата Бозе-Эйнштейна — сверхтекучесть и сверхпроводимость — наблюдались не в сравнительно простом разреженном газе, а в сложных системах сильно взаимодействующих друг с другом частиц. При сверхтекучести часть атомов гелия, а при сверхпроводимости часть объединившихся в пары электронов конденсируются в квантовое состояние с наименьшей энергией. Их согласованное поведение приводит к тому, что в жидкости полностью исчезает вязкость, а в сверхпроводнике — электрическое сопротивление. Вот почему квантовый конденсат так важен для практических приложений. Ведь если бы сверхпроводимость удалось получить при нормальной температуре, как много дефицитной энергии удалось бы сэкономить. Не говоря уже о разнообразных компьютерных приложениях.

К сожалению, для получения квантового конденсата вещество приходится сильно охлаждать, дабы квантовые эффекты стали доминировать над тепловым шумом и частицы могли вести себя согласованно. Для тяжелых атомов рубидия критическая температура составляет всего лишь 200 наноградусов выше абсолютного нуля, а сверхпроводимость более легких электронов наблюдается в лучшем случае при температуре порядка сотни градусов Кельвина. И это подсказывает путь получения квантового конденсата при сравнительно высоких температурах. Его пока удалось пройти двум независимым группам исследователей, которые получили квантовый конденсат различных квазичастиц в твердом теле.

Первой международной группе ученых, координируемой из Федеральной политехнической школы Лозанны, Швейцария, удалось получить квантовый конденсат из поляритонов в полупроводнике. Поляритоны — это сложные квазичастицы, состоящие наполовину из света, наполовину из вещества. Они возникают, когда экситон, то есть похожая на атом пара электрон-дырка, объединяется с фотоном. Ученым удалось получить достаточную концентрацию поляритонов в микрорезонаторе с квантовыми колодцами из кадмия-теллура и кадмия-магния-теллура. Для этого полупроводник возбуждали светом лазера. При температуре 19 градусов Кельвина наблюдались признаки спонтанного фазового перехода поляритонов в одно квантовое состояние с наименьшей энергией. Исследователи считают, что образование такого конденсата возможно и в других полупроводниках и при значительно более высоких температурах, поскольку эффективная масса поляритонов в десять тысяч раз меньше, чем у сверхпроводящих электронов.

Другой научной группе, координируемой из Института прикладной физики Университета Мюнстера, Германия, удалось получить конденсат из квазичастиц магнонов в пленке иттрий-железистого граната. Магноном называют квант коллективного, похожего на волну возбуждения магнитных состояний атомов материала (подобно тому, как фотон — это квант возбуждения электромагнитного поля). Магноны в пленке возбуждались с помощью микроволнового излучения при комнатной температуре. Когда накачка превышала некоторый порог, наблюдались признаки квантовой конденсации магнонов.

Однако у оппонентов есть к авторам немало вопросов. Можно ли называть новые когерентные состояния квазичастиц конденсатом Бозе-Эйнштейна или для них следует придумать новый термин? Ведь они существенно отличаются от уже привычного квантового конденсата атомов. Число квазичастиц не сохраняется, а время их жизни зачастую очень мало. Например, поляритоны существуют лишь несколько пикосекунд и наполовину состоят из света. Авторы возражают, что за время своей жизни квазичастицы успевают много раз взаимодействовать друг с другом и вопрос лишь в масштабах времени. А куперовские пары сверхпроводящих электронов тоже скорее квазичастицы, однако их уже давно называют конденсатом Бозе-Эйнштейна.

Но пока ученые мужи спорят о терминологии и о тонкостях поведения различных сложных систем, уже ясно, что практические последствия открытия новых когерентных состояний квазичастиц, существующих при нормальных температурах, могут быть сравнимы с последствиями изобретения лазера. ГА

В начале октября в Москве прошла юбилейная, пятая по счету конференция ISDEF’2006 (Independent Software Developers Forum). В отеле Holiday Inn Moscow Sokolniki собралось более полутысячи человек из девятнадцати стран. Основной контингент участников — независимые разработчики программного обеспечения и те, кто заинтересован в сотрудничестве с ними.