Квантова критичність несподівано породила топологічний напівметал, змінюючи уявлення про поведінку електронів.
Міжнародна група фізиків виявила новий квантовий стан матерії, який, згідно з усталеними теоріями, не мав би існувати, повідомляє ScienceAlert. Відкриття змушує переглянути фундаментальні уявлення про те, як поводяться електрони в екстремальних умовах, і може мати далекосяжні наслідки для квантових технологій, електроніки та сенсорних систем.
Йдеться про топологічну фазу напівметалу, яку теоретично передбачили для сполуки з церію, рутенію та олова – CeRu₄Sn₆. Експерименти підтвердили, що за наднизьких температур цей матеріал справді переходить у новий квантовий стан, коли досягає так званої квантової критичності.
У цій точці речовина балансує на межі фазового переходу, а квантові флуктуації починають домінувати над класичною фізикою. Зазвичай вважалося, що за таких умов електрони втрачають “частинкову” впорядкованість, необхідну для виникнення топологічних станів. Однак нове дослідження показало протилежне.
Ключовим доказом стала поява аномального ефекту Холла: коли через охолоджений майже до абсолютного нуля матеріал пропускали струм, електрони відхилялися вбік без будь-якого магнітного поля. Це вказує на те, що траєкторія електронів визначається внутрішньою топологією матеріалу.
“Саме це спостереження дозволило нам однозначно довести, що попередні уявлення необхідно переглянути”, – пояснила фізик Зільке Бюлер-Пашен з Віденського технічного університету.
Дослідники також з’ясували, що топологічний ефект був найсильнішим саме там, де електронна структура була найбільш нестабільною. Тобто квантові коливання не руйнували новий стан, а навпаки – стабілізували його.
Вчені наголошують, що це лише початок. Наступні кроки – пошук подібного стану в інших матеріалах і детальніше вивчення умов, за яких він виникає. На їхню думку, відкриття заповнює важливу прогалину у фізиці конденсованого стану та відкриває шлях до створення нового класу матеріалів, що поєднуватимуть високу стабільність із надчутливими квантовими властивостями.
Як підсумовують вчені, це не просто теоретичний прорив, а реальний крок до технологій, здатних використати найглибші принципи квантової фізики.
Нагадаємо, раніше повідомлялося, що вчені вперше перетворили світло у “тверду рідину”.
