Выявлено новое квантовое состояние: электроны бросают вызов физике

Фото из открытых источников

Международной группой исследователей совершено открытие, спавящее под сомнение ряд фундаментальных представлений о поведении электронов. Учёным из Венского технологического университета в кооперации с коллегами из Университета Райса в Техасе удалось экспериментально обнаружить топологическое состояние в материале при температуре, близкой к абсолютному нулю, когда электроны перестают действовать как отдельные частицы. Результатами исследования авторы поделились в авторитетном научном издании Nature Physics.

Новому явлению дали название «эмергентный топологический полуметалл», эксперты считают его перспективным в разработке квантовых компьютеров, датчиков и инновационных материалов. Специалисты совершили открытие в процессе изучения соединений церия, рутения и олова (CeRu₄Sn₆) при температуре, превышающей абсолютный ноль лишь меньше, чем на один градус. При такой экстремальной ситуации материалы входят в состояние квантовой критичности, когда идут активные колебания меж разными квантовыми состояниями, а традиционная модель квазичастиц для описания электронов утрачивает свою актуальность.

Тем не менее, учёным удалось зафиксировать чёткий топологический сигнал —аномальный эффект Холла. Он традиционно формируется в условиях внешнего магнитного поля, но тут проявился спонтанно, а это ключевой признак топологического поведения. Причём, максимальный эффект проявился именно в области самых мощных квантовых флуктуаций.

Как пояснили авторы работы, при подавлении этих флуктуаций давлением или магнитным полем происходит исчезновение топологических свойств. Что говорит о прямой связи между квантовой критичностью и топологией. Что стало сюрпризом для учёных, показав, что для развития топологических свойств не обязательна картина отдельных частиц, они могут появляться более абстрактным, математическим путём.

Теоретическое обоснование разработали в сотрудничестве с Университетом Райса, была создана новая модель, связывающая квантовую критичность с топологией в системах с сильными взаимодействиями. Слияние двух областей физики дало возможность выхода на неизведанную территорию. Это серьёзная заявка на появление реальных технологий, способных использовать глубокие принципы квантовой физики.