Два порядка в одном кристалле экспресс
Мозаика из квадратов и треугольников покрывает пол без щелей, но не складывается в простой повторяющийся рисунок. Такой узор — это квазикристалл, твердое тело, где атомы расставлены не периодически, а по рисунку из нескольких волн разной длины. Волны эти несоизмеримы друг с другом, и вместе они создают дальний порядок.
В обычных кристаллах любое смещение атомов рождает звуковые волны — фононы. Квазикристаллы устроены сложнее: из-за конкуренции двух волновых векторов в них возникают сразу два типа колебаний. Фононы сдвигают всю решетку целиком, а фазоны заставляют волны скользить друг относительно друга. Авторы статьи обнаружили, что в одномерном квазикристалле можно подавить колебания только одного вектора — он словно замерзает, — а второй продолжает свободно колебаться. В итоге по одной оси возникает настоящий дальний порядок, а по другой — лишь квазидальний, похожий на тот, что бывает в двумерных кристаллах при конечной температуре.
Увидеть такое поведение предлагают с помощью ультрахолодных атомов в оптических резонаторах. Атомы охлаждают почти до абсолютного нуля и помещают между зеркалами, где свет создает для них периодический потенциал. Подбирая параметры лазеров, можно получить конкурирующие волны и наблюдать, как одна из них теряет подвижность. Этот механизм — исключительная особенность именно квазикристаллов, в обычной кристаллической физике аналогов ему нет.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2607.17334
Quasicrystals exhibit long-range positional order without periodicity, arising from multiple incommensurate wave vectors. In self-assembled quasicrystals, the spontaneous breaking of translational invariance gives rise to two Goldstone modes-phonons and phasons-associated with two competing wave vectors. Here, we demonstrate a unique scenario exclusive to quasicrystals: a mechanism that gaps out only one Goldstone mode (associated with one wave vector), while the other remains gapless. In one dimension, this leads to the coexistence of long-range order at the gapped wave vector and quasi-long-range order at the gapless one, due to sustained fluctuations. We show that this phenomenon can be realized using ultracold bosonic atoms in optical cavities.
В обычных кристаллах при понижении температуры тепловые колебания затухают одновременно для всех атомов. В квазикристалле же одна мода может замереть, а другая — сохранить квантовые флуктуации даже вблизи абсолютного нуля.
В романе «Анафем» Нила Стивенсона упоминаются «апериодические кристаллы» — структуры, хранящие информацию в непериодическом порядке. Описанный здесь эффект напоминает избирательное «замораживание» отдельных информационных слоев.