Naukowcy zaobserwowali dziwne zachowanie elektronów w materiale kwantowym, jakim jest pentatellurek cyrkonu (ZrTe5). W warunkach bliskich zeru absolutnemu i w polach magnetycznych do 60 tesli materiał wykazuje oscylacje kwantowe, które nie zanikają tam, gdzie wymaga tego standardowa teoria.
Zwykłe oscylacje magnetooporu są okresowe względem odwrotności pola i zanikają po przekroczeniu granicy kwantowej. W ZrTe5 obraz jest inny: oscylacje trwają dłużej niż oczekiwano i nie są zgodne ze zwykłą okresowością 1/B.
Eksperymenty przeprowadzono w temperaturach około 0,7 kelwina. Zespół połączył pomiary transportu elektrycznego w ekstremalnie silnych polach ze szczegółowymi obliczeniami teoretycznymi.
Badania prowadzili specjaliści z Uniwersytetu w São Paulo w Brazylii wraz z kolegami z Los Alamos National Laboratory i University of Washington. Wyniki opublikowano w Nature Communications.
Profesor Julio Larrea Jiménez z USP zauważa, że praca poszerza zrozumienie transportu elektronów w egzotycznych fazach materii. Topologiczne izolatory, według niego, mogą przenosić nie tylko ładunek, ale także spin elektronów.
W materiałach w pobliżu topologicznych przejść fazowych elektrony zachowują się jak quasi-cząstki podobne do relatywistycznych fermionów Diraca. Oddziaływanie ich spinu z polem magnetycznym zmienia poziomy energetyczne tak, że poziomy Landaua „wracają” i ponownie przecinają istotną energię układu.
Obserwacja ta wskazuje na topologiczne pochodzenie efektu, a nie na zwykłe oddziaływania wielociałowe. Co stoi za taką uporczywością oscylacji?
Odkrycie podkreśla rolę spinu we właściwościach transportowych materiałów topologicznych i otwiera drogę do głębszego zrozumienia faz kwantowych w ekstremalnych warunkach.
