Здається, підручники з фізики доведеться переписувати. Вчені натрапили на новий квантовий стан матерії там, де його в принципі не мало бути.
Це відкриття не просто ламає старі теорії про поведінку електронів — воно дає зелене світло для створення комп’ютерів та сенсорів такої потужності, яка нам раніше і не снилася, пише видання Science Alert.
Усе почалося з експериментів над дивною сумішшю церію, рутенію та олова (CeRu4Sn6). Міжнародна група дослідників змогла зловити в ній так звану топологічну напівметалеву фазу. Раніше вона існувала виключно на папері, у формулах теоретиків.
Щоб побачити це диво, довелося опустити температуру майже до абсолютного нуля. У такому пекельному холоді матеріал впадає в стан «квантової критичності». Він ніби зависає на межі перетворень. Звичні закони тут відключаються: матерія перестає бути набором чітких частинок і розпливається у вібрації, стаючи такою собі «калюжею хвиль».
Раніше фізики були впевнені: щоб виникли топологічні стани, потрібен порядок і взаємодія окремих частинок-електронів. А в стані критичності панує хаос і хвилі. Але експеримент показав: вона там є. Хаос не зруйнував порядок, а, навпаки, породив його.
«Це фундаментальний крок уперед, — не приховує емоцій фізик Цімяо Сі з Університету Райса. — Наша робота демонструє, що потужні квантові ефекти можуть поєднуватися, створюючи щось абсолютно нове. Це може допомогти сформувати майбутнє квантової науки».
Доказ отримали красиво. Крізь заморожений зразок пустили струм і побачили ефект Холла — це коли електрони раптом звертають убік. Фішка в тому, що зазвичай для цього потрібен магніт. А тут магніту не було. Струм вигинався сам по собі, під дією внутрішньої структури матеріалу.
Зільке Бюлер-Пашен з Віденського технічного університету каже, що це був момент істини: «Це дозволило нам поза всяким сумнівом довести: панівну точку зору потрібно переглянути».
Виявилося, що цей ефект був найсильнішим саме там, де матеріал найбільше «штормило». Тобто квантові флуктуації фактично цементували нову фазу.
Звісно, це лише початок. Тепер вчені шукатимуть цей ефект в інших матеріалах.
«Ці висновки заповнюють прогалину у фізиці конденсованих середовищ, демонструючи, що сильні електронні взаємодії можуть породжувати топологічні стани, а не знищувати їх, — підсумовує Цімяо Сі. — Крім того, вони відкривають новий квантовий стан, що має суттєве практичне значення. Знаючи, що шукати, ми можемо досліджувати цей феномен більш системно. Це не просто теоретичне прозріння, це крок до створення реальних технологій, що використовують найглибші принципи квантової фізики».
