Международная группа исследователей совершила открытие, опровергающее фундаментальные представления о поведении электронов. Учёные из Венского технологического университета (TU Wien) совместно с коллегами из Университета Райса в Техасе экспериментально обнаружили топологическое состояние в материале при температурах, близких к абсолютному нулю, где электроны перестают вести себя как отдельные частицы. Это явление, получившее название «эмергентный топологический полуметалл», открывает новые горизонты для разработки квантовых компьютеров, датчиков и перспективных материалов.
Учёные изучали соединение церия, рутения и олова (CeRu₄Sn₆) при температуре менее одного градуса выше абсолютного нуля. В этом экстремальном режиме материал входит в состояние квантовой критичности, где происходят интенсивные колебания между различными квантовыми состояниями, и традиционная модель квазичастиц для описания электронов теряет свою силу. Несмотря на это, учёные зафиксировали чёткий топологический сигнал — так называемый аномальный эффект Холла. Этот эффект, обычно возникающий под действием внешнего магнитного поля, проявился спонтанно, что является ключевым признаком топологического поведения.
Парадоксально, но наиболее сильный эффект наблюдался именно в области максимальных квантовых флуктуаций. Как пояснила ведущий автор работы Диана Киршбаум из TU Wien, подавление этих флуктуаций давлением или магнитным полем приводит к исчезновению топологических свойств. Это указывает на прямую связь между квантовой критичностью и топологией. Профессор физики TU Wien Зилке Бюлер-Пашен отметила, что открытие стало большим сюрпризом и показывает, что для возникновения топологических свойств не обязательна картина отдельных частиц. Топологические отличия могут возникать более абстрактным, математическим путём.
Теоретическое обоснование открытия было разработано в сотрудничестве с Университетом Райса. Исследователь Лей Чэнь создал новую модель, связывающую квантовую критичность с топологией в системах с сильными взаимодействиями. По словам профессора Университета Райса Кимиао Си, это слияние двух областей физики позволило выйти на неизведанную территорию. Открытие предоставляет практический путь для поиска новых топологических материалов, поскольку квантово-критическое поведение относительно легко обнаружить экспериментально во многих классах соединений. Это важный шаг к созданию реальных технологий, использующих глубокие принципы квантовой физики.
Результаты исследования в авторитетном научном журнале Nature Physics.