Материалы создают "воспоминания" о прошлом неожиданным образом: что выяснили физики

Многие материалы хранят информацию о том, что с ними произошло в прошлом, в своего рода материальной памяти, как складки на когда-то скомканном листе бумаги. Теперь физики обнаружили, как при определенных условиях некоторые материалы, по-видимому, нарушают базовую математику, чтобы хранить воспоминания о последовательности предыдущих деформаций. Это открытие предлагает новые возможности, которые можно использовать в области вычислительной техники и машиностроения. Исследование опубликовано в журнале Science Advances, пишет ScienceAlert.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Один из способов, с помощью которого некоторые материалы формируют "воспоминания", называется памятью с точкой возврата, которая опирается на возвратно-поступательную силу в двух направлениях и работает как однодисковый кодовый замок. Когда диск замка вращается в определенной последовательности то в одну, то в другую сторону, это приводит к открытию замка. Аналогично, для материалов с памятью с точкой возврата чередование разных деформаций может оставить "воспоминания" о последовательности изменений, которую физики могут обнаружить.

Память с точкой возврата основана на чередовании направления внешней силы, например, на чередовании положительного или отрицательного магнитного поля или натяжении материала с одной стороны, а затем с другой. Но материалы не должны иметь возможности формировать память с точкой возврата, когда сила действует только в одном направлении.

Расчеты показывают, что нельзя хранить последовательность, если у есть только асимметричное движение в одном направлении. Но физики обнаружили, что при определенных обстоятельствах такой вид асимметричного движения может кодировать последовательность.

Физики создали компьютерную модель для изучения того, каким образом в материале может кодироваться последовательность изменений. Для этого ученые свели компоненты в системе, такие как частицы в твердом теле, к абстрактным элементам, называемым гистеронами. Эти элементы системы могут не сразу реагировать на внешние условия и оставаться в прошлом состоянии.

Гистероны в модели взаимодействуют либо вместе, когда изменение одного стимулирует изменение другого, либо взаимодействуют "фрустрированным" образом, когда изменение одного препятствует изменению другого. И это нарушает правила памяти с точкой возврата.

Примером такой "фрустрации" может служить обычная соломинка с гофрированным изгибом для питья напитков. Этот изгиб на соломинке можно сжимать и растягивать. Если потянуть за концы соломинки и остановится, то одна из кладок в изгибе расширится пока движение происходит в одном направлении. Но другие складки останутся в том же состоянии. Изменение одной складки снимает напряжение во всей системе. Оценка всех складок дает подсказки о прошлых силах, которые были применены. Это не идеальная аналогия, но она дает общее представление.

Ученые обнаружили, что системы с совместными взаимодействиями могут кодировать последовательность только в том случае, если движение было симметричным. Однако для создания закодированной последовательности с асимметричным движением было достаточно всего одной пары "фрустрированных" гистеронов.

Физики выяснили, что "фрустрированные" гистероны могут действовать как банки памяти для самой последней деформации и самой большой деформации. По словам ученых, хотя "фрустрированные" гистероны, вероятно, редко встречаются в реальных материалах, их можно встроить в искусственные материалы. Таким образом можно получить системы, которые хранят воспоминания о прошлых состояниях материала.

Фокус уже писал о том, какое вещество на Земле является самым дорогим. Один его грамм будет стоить 5,24 квадриллиона долларов. Всего одну десятую грамма вещества придется собирать атом за атомом на протяжении миллиарда лет.

Также Фокус писал о том, что физики выяснили, какая сила заставляет атомные ядра оставаться стабильными.