Физики обнаружили квантовое состояние, меняющее представления об электронах
Международная группа ученых сообщила об экспериментальном открытии, которое ставит под сомнение классические представления о поведении электронов в твердых телах. Исследователи из Венского технологического университета совместно с коллегами из Университета Райса в США зафиксировали ранее неизвестное топологическое состояние материи, в котором электроны перестают вести себя как отдельные квазичастицы. Полученный эффект получил название «эмергентный топологический полуметалл» и может сыграть ключевую роль в развитии квантовых технологий.
Эксперименты проводились на соединении церия, рутения и олова (CeRu₄Sn₆) при температурах менее одного градуса выше абсолютного нуля. В этих условиях материал переходит в режим квантовой критичности, когда система испытывает сильные флуктуации между различными квантовыми состояниями. В таком состоянии стандартная модель квазичастиц, используемая для описания электронов, перестает работать. Тем не менее ученым удалось зафиксировать четкий топологический признак — аномальный эффект Холла, который проявился без внешнего магнитного поля.
Особый интерес исследователей вызвал тот факт, что максимальная выраженность топологического эффекта наблюдалась именно в зоне наиболее интенсивных квантовых флуктуаций. Как отметила ведущий автор работы Диана Киршбаум из TU Wien, при подавлении этих флуктуаций с помощью давления или магнитного поля топологические свойства исчезали. Это указывает на прямую и ранее неочевидную связь между квантовой критичностью и топологией.
По словам профессора TU Wien Зилке Бюлер-Пашен, открытие стало неожиданным, поскольку демонстрирует возможность возникновения топологических состояний без привычной картины движения отдельных электронов. В данном случае топологические свойства формируются на более абстрактном, коллективном уровне.
Теоретическую основу для интерпретации результатов разработали ученые Университета Райса. Физик Лей Чэнь предложил модель, связывающую квантовую критичность и топологию в системах с сильными электронными взаимодействиями. Профессор Кимиао Си подчеркнул, что объединение этих двух направлений физики открывает новые пути для поиска перспективных материалов. Квантово-критическое поведение сравнительно легко выявляется экспериментально, что делает открытие важным шагом к созданию новых квантовых компьютеров, сенсоров и функциональных материалов, пишет Новая наука.
