מדענים תיעדו התנהגות מוזרה של אלקטרונים בחומר קוונטי של זירקוניום פנטאטלוריד (ZrTe5). בתנאים קרובים לאפס המוחלט ובשדות מגנטיים עד 60 טסלה, החומר מציג תנודות קוונטיות שאינן נעלמות במקום שבו התיאוריה הסטנדרטית דורשת זאת.
תנודות רגילות של התנגדות מגנטית הן מחזוריות ביחס להופכי של השדה ודועכות מעבר לגבול הקוונטי. ב-ZrTe5 התמונה שונה: התנודות נמשכות מעבר למצופה ואינן עוקבות אחר המחזוריות הרגילה של 1/B.
הניסויים בוצעו בטמפרטורות של כ-0.7 קלווין. הצוות שילב מדידות של הולכה חשמלית בשדות חזקים במיוחד עם חישובים תיאורטיים מפורטים.
את המחקר הובילו מומחים מאוניברסיטת סאו פאולו בברזיל יחד עם עמיתים מהמעבדה הלאומית לוס אלמוס ומאוניברסיטת וושינגטון. התוצאות פורסמו ב-Nature Communications.
הפרופסור ז'וליו לארה חימנס מ-USP מציין שהעבודה מרחיבה את ההבנה של הובלת אלקטרונים בשלבים אקזוטיים של חומר. מבודדים טופולוגיים, לדבריו, יכולים לשאת לא רק מטען אלא גם ספין של אלקטרונים.
בחומרים בקרבת מעברי פאזה טופולוגיים, אלקטרונים מתנהגים כמו קוואזי-חלקיקים הדומים לפרמיונים דיראקיים יחסותיים. האינטראקציה של הספין שלהם עם השדה המגנטי משנה את רמות האנרגיה כך שרמות לנדאו "חוזרות" וחוצות שוב את האנרגיה הרלוונטית של המערכת.
תצפית זו מצביעה על מקור טופולוגי של האפקט, ולא על אינטראקציות רב-חלקיקיות רגילות. מה עומד מאחורי התמדה כזו של התנודות?
התגלית מדגישה את תפקיד הספין בתכונות ההולכה של חומרים טופולוגיים ופותחת דרך להבנה עמוקה יותר של פאזות קוונטיות בתנאים קיצוניים.
