Wissenschaftler haben ein seltsames Verhalten von Elektronen im Quantenmaterial Zirkoniumpentatellurid (ZrTe5) festgestellt. Unter Bedingungen nahe dem absoluten Nullpunkt und bei Magnetfeldern bis zu 60 Tesla zeigt das Material Quantenoszillationen, die dort nicht verschwinden, wo es die Standardtheorie verlangt.
Gewöhnliche Oszillationen des Magnetowiderstands sind periodisch im inversen Feld und klingen jenseits der Quantengrenze ab. In ZrTe5 ist das Bild anders: Die Schwingungen setzen sich weiter fort als erwartet und folgen nicht der üblichen Periodizität 1/B.
Die Experimente wurden bei Temperaturen um 0,7 Kelvin durchgeführt. Das Team kombinierte Messungen des elektrischen Transports in extrem starken Feldern mit detaillierten theoretischen Berechnungen.
Die Studie wurde von Fachleuten der Universität von São Paulo in Brasilien zusammen mit Kollegen des Los-Alamos-Nationallabors und der Universität von Washington geleitet. Die Ergebnisse wurden in Nature Communications veröffentlicht.
Professor Julio Larrea Jiménez von der USP betont, dass die Arbeit das Verständnis des Elektronentransports in exotischen Materiephasen erweitert. Topologische Isolatoren, so sagt er, könnten nicht nur Ladung, sondern auch den Spin von Elektronen transportieren.
In Materialien nahe topologischer Phasenübergänge verhalten sich Elektronen wie Quasiteilchen, die relativistischen Dirac-Fermionen ähneln. Die Wechselwirkung ihres Spins mit dem Magnetfeld verändert die Energieniveaus so, dass die Landau-Niveaus „zurückkehren“ und die relevante Energie des Systems erneut kreuzen.
Diese Beobachtung deutet auf einen topologischen Ursprung des Effekts hin, nicht auf gewöhnliche Vielteilchenwechselwirkungen. Was steckt hinter solch einer Beharrlichkeit der Oszillationen?
Die Entdeckung unterstreicht die Rolle des Spins in den Transporteigenschaften topologischer Materialien und öffnet den Weg zu einem tieferen Verständnis von Quantenphasen unter extremen Bedingungen.
