Наука: теория поверхностного роста в двух измерениях подтверждена

Ученые из Вюрцбургского университета впервые экспериментально подтвердили работу уравнения Кардара–Паризи–Чжана в двумерной системе. Эта теория считается одной из ключевых моделей, описывающих рост поверхностей и развитие неравновесных систем. Работа была опубликована в журнале Science.

Основная идея модели заключается в том, что очень разные системы могут подчиняться одним и тем же фундаментальным законам роста. Ранее учёным удавалось подтвердить предсказания теории только для одномерных систем. Проверка в двух измерениях оставалась чрезвычайно сложной задачей.

Для эксперимента исследователи создали квантовую систему на основе арсенида галлия, охлажденную практически до абсолютного нуля — примерно до −269 °C. Материал постоянно облучался лазером, в результате чего внутри появлялись поляритоны — гибридные квазичастицы, сочетающие в себе свойства света и материи.

Поляритоны существуют всего несколько пикосекунд и появляются только в неравновесных условиях, поэтому оказались удобной моделью для изучения ростовых процессов.

“Когда мы освещаем систему лазером, поляритоны начинают “расти”. Используя высокоточные методы, мы смогли проследить их эволюцию в пространстве и времени и увидели, что она действительно подчиняется модели Кардара-Паризи-Чжана», — рассказал один из авторов работы Сиддхартха Дам.

Сверхточная подгонка материала сыграла ключевую роль в эксперименте. Исследователи создали многослойную структуру с зеркальными слоями, которые улавливают фотоны внутри квантовой пленки. Толщина отдельных слоев контролировалась буквально на атомном уровне.

По мнению ученых, подтверждение универсальности Кардара–Паризи–Чжана в двумерной системе показывает, насколько фундаментальна эта теория для описания реальных неравновесных процессов.

Авторы отмечают, что полученные результаты могут помочь лучше понять сложные процессы роста и самоорганизации в физике конденсированного состояния, материаловедении и квантовых технологиях.