Учёные нашли необычное состояние квантового материала, которого не должно существовать

Учёные обнаружили в эксперименте новый вид квантового материала, который ведёт себя совсем иначе, чем предсказывают классические теории. Исследование, опубликованное в журнале Nature Physics, было проведено с веществом на основе церия, рутения и олова — CeRu₄Sn₆. Удивительно то, что в этом материале электроны перестали вести себя как привычные частицы, но при этом он всё ещё демонстрирует особые топологические свойства, важные для современных квантовых теорий.

В большинстве материалов электроны ведут себя как частички с определённой массой и импульсом. И хотя квантовая механика говорит, что у них нет точно определённого положения, в реальных условиях модели с «частицами» продолжают работать и помогают объяснять электрические свойства материалов. Однако в CeRu₄Sn₆ при очень низких температурах и в условиях квантового критического поведения привычное описание «частицы» перестаёт работать — электроны ведут себя как коллективная волновая структура, и их нельзя чётко выделить как отдельные объекты.

Это особенно важно, потому что топологические свойства вещества — необычные и устойчивые характеристики, которые были признаны Нобелевской премией по физике в 2016 году — традиционно связывают с определёнными «частицами» в материалах. Такие материалы могут быть, например, изоляторами внутри, но проводниками на поверхности, и их свойства обещают произвести революцию в электронике следующего поколения. Ученые считали, что для проявления топологических свойств нужны определённые квантовые возбуждения. Но новый материал показывает, что топологические эффекты могут сохраняться даже когда квантовая картина разрушает обычное представление частиц.

Команда обнаружила, что в CeRu₄Sn₆ наблюдается эффект Холла — типичное проявление поведения