Международная группа учёных впервые экспериментально подтвердила существование топологических дефектов в аморфных материалах. Это открытие может стать поворотным моментом в физике конденсированного состояния и открыть новые возможности для управления свойствами неупорядоченных систем.

Аморфное состояние материи — самая распространённая форма видимого вещества во Вселенной. К аморфным системам относятся биологические клетки, стекло, полимеры и множество других материалов, в которых молекулы и атомы расположены хаотично, в отличие от упорядоченной структуры кристаллов.

Верхняя половина иллюстрации показывает нормальные моды колебаний с топологическими дефектами +1 и -1 (вихри и антивихри). Нижняя половина показывает экспериментальную систему (двумерное коллоидное стекло). Источник: Vinay Vaibhav

До 2021 года топологические дефекты в аморфных системах наблюдались только в компьютерных симуляциях, проведённых исследовательской группой Миланского университета в сотрудничестве с Шанхайским университетом Цзяо Тун и Исследовательской лабораторией армии США. Позднее эти наблюдения подтвердили другие научные коллективы в Китае, Франции и США.

Теперь учёным удалось экспериментально обнаружить топологические дефекты в реальном аморфном материале — коллоидном стекле, созданном путём случайного соединения магнитных коллоидных частиц. Эксперимент был проведён в Университете Констанца (Германия) под руководством профессора Петера Кейма. Взаимодействие между частицами контролировалось с помощью внешнего магнитного поля, а для анализа данных видеомикроскопии применялись специальные методы численного анализа.

Это открытие может иметь широкое практическое применение — от разработки искусственного интеллекта до изучения нервной системы живых организмов и крупномасштабных космических структур. Учёные продолжают исследования, пытаясь обнаружить топологические дефекты в деформируемых аморфных материалах и определить участки, наиболее подверженные механическому разрушению.

Подробнее на iXBT