Фізики зафіксували новий квантовий стан речовини, який вважався неможливим

Міжнародна команда фізиків зафіксувала новий квантовий стан речовини у матеріалі, де його поява вважалася неможливою. Йдеться про топологічну напівметалеву фазу, яка виникла в сполуці церію, рутенію та олова (CeRu₄S­n₆) за наднизьких температур. Відкриття може мати значення для розвитку квантових комп’ютерів, підвищення енергоефективності електроніки та покращення технологій сенсорики.

Ключовим чинником появи цього стану стала так звана квантова критичність — межовий стан, за якого матеріал балансує між двома фазами і де квантові флуктуації починають домінувати. За словами фізика Цімао Сі з Університету Райса (США), результати демонструють, що поєднання сильних квантових ефектів може створити абсолютно нові стани, які матимуть прикладне значення в майбутніх квантових технологіях.

Одним із доказів появи топологічного ефекту стало спостереження так званого ефекту Холла — відхилення електричного струму вбік — без застосування магнітного поля. Це вказує, що траєкторію руху електронів змінює внутрішня структура самого матеріалу, а не зовнішній вплив, пояснила дослідниця Сільке Бюлер-Пашен із Віденського технічного університету.

Найсильніше цей топологічний ефект проявлявся в точках найбільшої нестабільності електронних структур, тобто квантові флуктуації не лише не руйнували новий стан, а навпаки — стабілізували його. Це суперечить усталеному уявленню, що сильна взаємодія електронів заважає формуванню топологічних фаз.

Автори дослідження планують перевірити, чи виникає подібний стан в інших матеріалах, і точніше визначити умови, за яких він можливий.

Результати опубліковані в журналі Nature Physics.