Ученые открыли новое квантовое состояние материи, считавшееся ранее невозможным
Экспериментальное открытие, совершенное международным коллективом физиков, бросает вызов устоявшимся принципам описания электронов в кристаллических веществах. Специалисты из Венского технологического университета (TU Wien) и Университета Райса (США) обнаружили уникальное топологическое состояние, в котором электроны утрачивают индивидуальные квазичастичные свойства, демонстрируя коллективное поведение. Этот феномен, названный «эмерджентным топологическим полуметаллом», рассматривается как потенциальная основа для прорывов в области квантовых технологий.
Ключевые наблюдения были сделаны на материале CeRu₄Sn₆ (соединение церия, рутения и олова), охлажденном до температур ниже одного градуса Кельвина. В этих экстремальных условиях вещество входит в режим квантовой критичности, характеризуемый интенсивными флуктуациями между различными квантовыми фазами. В таком режиме традиционная модель квазичастиц для электронов становится несостоятельной. Несмотря на это, исследователи зарегистрировали четкий топологический отклик — аномальный эффект Холла, возникший в отсутствие какого-либо внешнего магнитного поля.
Наиболее значимым оказалось то, что пик проявления этого топологического эффекта совпал с областью наиболее сильных квантовых флуктуаций. Диана Киршбаум, ведущий автор исследования из TU Wien, отметила, что искусственное подавление флуктуаций (например, с помощью давления или магнитного поля) приводит к исчезновению топологических свойств. Это прямо свидетельствует о глубинной и ранее неизученной связи между явлениями квантовой критичности и топологии.
Профессор Зилке Бюлер-Пашен (TU Wien) подчеркнула неожиданность открытия: оно показывает, что топологические состояния могут рождаться не из движения отдельных электронов, а на более высоком, коллективном уровне организации материи.
Теоретическую модель, объясняющую наблюдаемые явления, создали ученые Университета Райса. Физик Лей Чэнь разработал концепцию, объединяющую квантовую критичность и топологию в системах с сильными корреляциями электронов. Профессор Кимиао Си добавил, что синтез этих двух областей физики задает новое направление для поиска перспективных материалов. Учитывая, что квантово-критическое поведение поддается экспериментальной диагностике, данное открытие прокладывает практический путь к разработке компонентов для квантовых компьютеров, высокочувствительных сенсоров и материалов с заданными функциональными свойствами.
