Матеріали створюють "спогади" про минуле несподіваним чином: що з'ясували фізики

Багато матеріалів зберігають інформацію про те, що з ними сталося в минулому, у свого роду матеріальній пам'яті, як складки на колись зім'ятому аркуші паперу. Тепер фізики виявили, як за певних умов деякі матеріали, мабуть, порушують базову математику, щоб зберігати спогади про послідовність попередніх деформацій. Це відкриття пропонує нові можливості, які можна використовувати в галузі обчислювальної техніки та машинобудування. Дослідження опубліковано в журналі Science Advances, пише ScienceAlert.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Один зі способів, за допомогою якого деякі матеріали формують "спогади", називається пам'яттю з точкою повернення, що спирається на зворотно-поступальну силу у двох напрямках і працює як однодисковий кодовий замок. Коли диск замка обертається в певній послідовності то в один, то в інший бік, це призводить до відкриття замка. Аналогічно, для матеріалів з пам'яттю з точкою повернення чергування різних деформацій може залишити "спогади" про послідовність змін, яку фізики можуть виявити.

Пам'ять із точкою повернення ґрунтується на чергуванні напрямку зовнішньої сили, наприклад, на чергуванні позитивного або негативного магнітного поля або натягу матеріалу з одного боку, а потім з іншого. Але матеріали не повинні мати можливості формувати пам'ять із точкою повернення, коли сила діє тільки в одному напрямку.

Розрахунки показують, що не можна зберігати послідовність, якщо є тільки асиметричний рух в одному напрямку. Але фізики виявили, що за певних обставин такий вид асиметричного руху може кодувати послідовність.

Фізики створили комп'ютерну модель для вивчення того, яким чином у матеріалі може кодуватися послідовність змін. Для цього вчені звели компоненти в системі, як-от частинки в твердому тілі, до абстрактних елементів, званих гістеронами. Ці елементи системи можуть не одразу реагувати на зовнішні умови і залишатися в минулому стані.

Гістерони в моделі взаємодіють або разом, коли зміна одного стимулює зміну іншого, або взаємодіють "фрустрованим" чином, коли зміна одного перешкоджає зміні іншого. І це порушує правила пам'яті з точкою повернення.

Прикладом такої "фрустрації" може слугувати звичайна соломинка з гофрованим вигином для пиття напоїв. Цей вигин на соломинці можна стискати і розтягувати. Якщо потягнути за кінці соломинки і зупинитися, то одна зі складок у вигині розшириться, поки рух відбувається в одному напрямку. Але інші складки залишаться в тому ж стані. Зміна однієї складки знімає напругу в усій системі. Оцінка всіх складок дає підказки про минулі сили, які були застосовані. Це не ідеальна аналогія, але вона дає загальне уявлення.

Учені виявили, що системи зі спільними взаємодіями можуть кодувати послідовність тільки в тому разі, якщо рух був симетричним. Однак для створення закодованої послідовності з асиметричним рухом було достатньо всього однієї пари "фрустрованих" гістеронів.

Фізики з'ясували, що "фрустровані" гістерони можуть діяти як банки пам'яті для найостаннішої деформації та найбільшої деформації. За словами вчених, хоча "фрустровані" гістерони, ймовірно, рідко трапляються в реальних матеріалах, їх можна вбудувати в штучні матеріали. Таким чином можна отримати системи, які зберігають спогади про минулі стани матеріалу.

Фокус уже писав про те, яка речовина на Землі є найдорожчою. Один її грам коштуватиме 5,24 квадрильйона доларів. Всього одну десяту грама речовини доведеться збирати атом за атомом протягом мільярда років.

Також Фокус писав про те, що фізики з'ясували, яка сила змушує атомні ядра залишатися стабільними.