Фізики відкрили новий квантовий стан речовини, який раніше вважався неможливим

Міжнародна команда фізиків виявила новий квантовий стан матерії — топологічну фазу напівметалу, яку раніше вважали неможливою. Відкриття змушує переглянути уявлення про поведінку електронів у складних матеріалах і може стати основою для розвитку квантових обчислень, удосконалення електроніки та створення нових сенсорних і візуалізаційних технологій.

Новий стан зафіксували у матеріалі CeRu₄S­n₆ (церій-рутеній-олово), що досягає квантової критичності при наднизьких температурах. У цьому режимі фазові переходи визначаються не класичними, а квантовими флуктуаціями, і електрони поводяться радше як хвилі, ніж як частинки.

Неочікуваним стало те, що в умовах нестабільної структури електронних станів виникла не хаотична поведінка, а стабільна топологічна фаза. Зазвичай такі фази формуються завдяки чіткій геометрії та структурованим взаємодіям, що вважалося несумісним із квантовими флуктуаціями.

При охолодженні матеріалу майже до абсолютного нуля та подачі електричного струму дослідники зафіксували ефект Холла — викривлення траєкторії електронів — без зовнішнього магнітного поля. Це стало переконливим доказом топологічного впливу, закладеного у властивості самого матеріалу, зазначає фізик Сільке Бюлер-Пашен з Віденського технічного університету.

Особливо важливим є те, що топологічний ефект проявився найсильніше саме у точках найбільшої нестабільності електронних станів. Таким чином, квантова критичність не руйнує, а навпаки стабілізує нову фазу. На думку авторів, це відкриває перспективу створення нового класу матеріалів, які поєднують чутливість до квантових змін із високою стійкістю до зовнішніх впливів.