Gli scienziati hanno registrato uno strano comportamento degli elettroni nel materiale quantistico pentatellururo di zirconio (ZrTe5). In condizioni vicine allo zero assoluto e con campi magnetici fino a 60 tesla, il materiale mostra oscillazioni quantistiche che non scompaiono dove la teoria standard lo richiederebbe.
Le oscillazioni ordinarie della magnetoresistenza sono periodiche nell'inverso del campo e si attenuano oltre il limite quantico. In ZrTe5 il quadro è diverso: le oscillazioni continuano oltre quanto previsto e non seguono la periodicità abituale 1/B.
Gli esperimenti sono stati condotti a temperature intorno a 0,7 kelvin. Il team ha combinato misure di trasporto elettrico in campi ultraintensi con dettagliati calcoli teorici.
La ricerca è stata guidata da esperti dell'Università di San Paolo in Brasile insieme a colleghi del Los Alamos National Laboratory e dell'Università di Washington. I risultati sono stati pubblicati su Nature Communications.
Il professor Julio Larrea Jiménez dell'USP sottolinea che il lavoro amplia la comprensione del trasporto elettronico in fasi esotiche della materia. Gli isolanti topologici, secondo lui, possono trasportare non solo carica ma anche spin degli elettroni.
Nei materiali vicini alle transizioni di fase topologiche, gli elettroni si comportano come quasiparticelle simili a fermioni di Dirac relativistici. L'interazione del loro spin con il campo magnetico modifica i livelli energetici in modo che i livelli di Landau 'ritornino' e attraversino nuovamente l'energia rilevante del sistema.
Questa osservazione indica un'origine topologica dell'effetto, non le ordinarie interazioni a molti corpi. Cosa c'è dietro tale persistenza delle oscillazioni?
La scoperta sottolinea il ruolo dello spin nelle proprietà di trasporto dei materiali topologici e apre la strada a una comprensione più profonda delle fasi quantistiche in condizioni estreme.
