Традиционно электроны описываются как частицы с определенной скоростью и энергией. На этом представлении основана теория топологических состояний, при которых в некоторых материалах электроны организуются в устойчивые геометрические структуры.
Однако в соединении CeRu₄Sn₆ (церий-рутений-олово) эта картина рушится. При температурах, близких к абсолютному нулю, материал входит в состояние квантовой критичности — хаотических флуктуаций, где электроны теряют свои частичные свойства, выяснили ученые Венского технологического университета.
Парадоксально, но именно в этом «беспорядочном» состоянии были обнаружены признаки топологии. Экспериментаторы охладили материал до рекордно низких температур и сделали неожиданное открытие: топологический эффект был максимальным именно в зоне наибольших квантовых флуктуаций. Когда эти флуктуации подавлялись магнитным полем, топологические свойства исчезали.
По словам авторов исследования, материал вел себя так, словно в нем находились стабильные частицы, хотя на самом деле их там не было.
Мы наблюдали сильный спонтанный эффект Холла — ток отклонялся без магнитного поля, что является ключевым маркером топологического состояния.
Открытие доказывает, что топологические состояния могут возникать без опоры на частичную картину. Исследователи ввели термин «возникающий топологический полуметалл» для описания этого феномена. В сотрудничестве с университетом Райса (США) была разработана новая теоретическая модель, объединяющая квантовую критичность и топологию. Выводы опубликованы в научном журнале Nature Physics.
Открытие меняет стратегию поиска перспективных материалов для квантовых технологий. Поскольку квантовая критичность встречается во многих материалах, целенаправленный поиск в этом классе соединений может привести к открытию новых топологических изоляторов и полуметаллов с уникальными свойствами для квантовых вычислений, сенсоров и энергоэффективной электроники.
Ранее Наука Mail рассказывала об открытии новой квантовой фазы материи — исключительной фермионной сверхтекучести.
