Физики обнаружили, что материалы формируют "воспоминания" о прошлом необычным образом.

Многие материалы содержат информацию о своих прошлых состояниях, подобно складкам на скомканном листе бумаги. Теперь физики выяснили, что при определенных условиях некоторые материалы способны нарушать основные математические принципы, чтобы запоминать последовательность предыдущих деформаций. Это открытие открывает новые горизонты для применения в области вычислительной техники и машиностроения. Исследование опубликовано в журнале Science Advances, сообщает ScienceAlert.

Один из механизмов, благодаря которому некоторые материалы формируют "воспоминания", называется памятью с точкой возврата. Этот процесс основан на возвратно-поступательной силе в двух направлениях и напоминает однодисковый кодовый замок. Когда диск замка вращается в заданной последовательности, это приводит к его открытию. Аналогично, в материалах с памятью с точкой возврата чередование различных деформаций может сохранять "воспоминания" о последовательности изменений, которые затем могут быть выявлены физиками.

Память с точкой возврата основывается на чередовании направлений внешней силы, например, на смене положительного и отрицательного магнитного поля или на растяжении материала с одной стороны, а затем с другой. Однако материалы не могут формировать память с точкой возврата, если сила действует только в одном направлении.

Расчеты показывают, что невозможно сохранить последовательность, если имеется только асимметричное движение в одном направлении. Тем не менее, физики обнаружили, что в определенных условиях такой вид асимметричного движения может кодировать последовательность.

Физики создали компьютерную модель для изучения того, как в материале может кодироваться последовательность изменений. Для этого ученые свели компоненты системы, такие как частицы в твердом теле, к абстрактным элементам, известным как гистероны. Эти элементы системы могут не сразу реагировать на внешние воздействия и оставаться в своих предыдущих состояниях.

Гистероны в модели взаимодействуют либо совместно, когда изменение одного элемента активирует изменение другого, либо "фрустрированным" образом, когда изменение одного мешает изменению другого. Это нарушает правила памяти с точкой возврата.

Примером такой "фрустрации" может служить обычная соломинка с гофрированным изгибом для питья. Этот изгиб можно как сжимать, так и растягивать. Если потянуть за концы соломинки и остановиться, одна из складок изгиба расширится, пока движение осуществляется в одном направлении, в то время как другие складки останутся в прежнем состоянии. Изменение одной складки снимает напряжение во всей системе. Оценка всех складок дает подсказки о приложенных ранее силах. Это не идеальная аналогия, но она помогает понять суть.

Ученые выяснили, что системы с совместными взаимодействиями могут кодировать последовательность только при симметричном движении. Однако для создания закодированной последовательности с асимметричным движением достаточно всего одной пары "фрустрированных" гистеронов.

Физики установили, что "фрустрированные" гистероны могут функционировать как банки памяти для последней и самой значительной деформации. По словам ученых, хотя "фрустрированные" гистероны, вероятно, редко встречаются в реальных материалах, они могут быть интегрированы в искусственные материалы. Это позволит создать системы, которые будут сохранять воспоминания о прошлых состояниях материала.