Учёные обнаружили ранее считавшееся невозможным новое квантовое состояние материи

Международная группа физиков экспериментально подтвердила существование в определённом материале особого квантового состояния вещества, которое ранее считалось теоретически невозможным в таких условиях. Это открытие заставляет пересмотреть фундаментальные принципы, управляющие поведением электронов в материалах, и может способствовать развитию квантовых вычислений, повышению эффективности электроники, а также совершенствованию технологий сверхчувствительных измерений и визуализации.

Речь идёт о так называемой топологической полуметаллической фазе. Она была предсказана для материала из церия, рутения и олова (CeRu4Sn6) при экстремально низких температурах, близких к абсолютному нулю. В этом режиме материал достигает точки квантовой критичности — неустойчивого состояния на грани фазового перехода, где доминируют квантовые флуктуации, и вещество ведёт себя скорее как «лужа волн», чем как «туман частиц». Особенность открытия в том, что именно эта квантовая критичность породила топологическое состояние, которое, как полагали, определяется взаимодействиями между частицами.

Проводя эксперимент, исследователи охладили CeRu4Sn6 и пропустили через него электрический заряд. Они наблюдали так называемый эффект Холла: поток электронов отклонялся в сторону без какого-либо внешнего магнитного поля. Это отклонение стало ключевым доказательством проявления топологических эффектов, обусловленных внутренней структурой материала. Более того, учёные обнаружили парадоксальную закономерность: там, где электронная структура материала была наиболее нестабильной, топологический эффект проявлялся наиболее сильно. Квантовые флуктуации в точке критичности не разрушали, а стабилизировали новую фазу.

По словам физика Цимао Си из Университета Райса, это открытие представляет собой фундаментальный шаг вперёд. Оно демонстрирует, как мощные квантовые эффекты могут объединяться для создания совершенно новых состояний, и заполняет пробел в физике конденсированного состояния, показывая, что сильные взаимодействия электронов могут порождать, а не разрушать топологические состояния. Теперь, зная, что искать, учёные намерены выяснить, насколько распространено это явление в других материалах, и детально изучить условия его возникновения. Это не просто теоретическое прозрение, а шаг к разработке реальных технологий, использующих глубокие принципы квантовой физики. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Physics.