Физики подтвердили уравнение КПЖ для двумерных систем

Ученые впервые экспериментально подтвердили корректность уравнения Кардара–Паризи–Чжана (КПЖ) для двумерных систем в пространстве и времени. Исследование выполнено международной группой физиков и опубликовано в журнале Science.

• Уравнение КПЖ описывает рост и развитие границ между средами с 1986 года.
• Ранее экспериментально подтверждали модель для одномерных систем квазичастиц.
• Новый эксперимент выполнен на основе сложной структуры из арсенида галлия при сверхнизкой температуре.
• Использованы поляритоны — гибридные частицы, образующиеся в квантовом пленочном слое.
• Эксперимент позволил отслеживать пространственную и временную эволюцию систем с высокой точностью.
• Результаты подтверждают универсальность уравнения КПЖ для описания нелинейных и хаотичных процессов в двумерных системах.

История и значение уравнения КПЖ

В 1986 году физики Кардар, Паризи и Чжан предложили универсальную теорию, описывающую динамику границ между различными средами. Эта формула, получившая их имена, стала ключевой для прогноза роста разнообразных структур — от бактериальных колоний до кристаллов. Модель применяется в разных науках, включая биологию и компьютерные технологии, например, для алгоритмов машинного обучения.

Технические детали и инновации эксперимента

Основная сложность заключалась в невозможности управлять квантовыми системами с нужной точностью и считывать данные с достаточным временным разрешением. Для решения этой задачи ученые создали многослойную структуру из GaAs (арсенида галлия), охладили ее до -269,15°C и непрерывно накачивали энергией лазера.

Внутренние зеркальные слои удерживали фотоны в квантовом пленочном слое, где они образовывали поляритоны — частицы, смешанные с экситонами. Ученые с помощью современных методов наблюдали за их пространственным распределением и динамикой роста. Этот уровень контроля и точности позволил впервые подтвердить, что двумерные квантовые системы подчиняются уравнению КПЖ.

Таким образом, экспериментальное подтверждение уравнения КПЖ в двумерных системах открывает новые горизонты для изучения сложных неравновесных процессов в физике и других науках, улучшая модели прогнозирования и понимания хаотичных и нелинейных явлений.