В лаборатории при температурах, близких к абсолютному нулю, электроны в кристалле CeRu₄Sn₆ ведут себя так, будто игнорируют все прежние правила. Международная группа исследователей зафиксировала там топологическую полуметаллическую фазу — состояние, которое до сих пор считали несовместимым с режимом квантовой критичности.
Квантовая критичность возникает, когда материал находится на границе фазового перехода. Вместо привычных частиц электроны описываются коллективными флуктуациями, похожими на бурное море волн. Раньше полагали, что в таком «море» устойчивая топологическая структура электронных состояний просто не выживет.
Эксперимент опроверг это представление. Учёные охладили образец CeRu₄Sn₆ почти до нуля и пропустили через него ток. Без всякого внешнего магнитного поля возник аномальный эффект Холла — отклонение носителей заряда в сторону. Этот эффект служит прямым доказательством топологической природы состояния.
Физик Кимиао Си из Университета Райса отметил: сильные квантовые флуктуации не разрушают топологию, а, напротив, помогают ей сформироваться и закрепиться. Максимальный топологический отклик наблюдался именно там, где нестабильность электронов была самой высокой.
Открытие открывает путь к новым материалам, сочетающим чувствительность к внешним воздействиям с устойчивостью квантовых свойств. Такие соединения могут пригодиться в квантовых компьютерах, прецизионных датчиках и энергоэффективной электронике.
Исследователи теперь проверяют, встречается ли подобная фаза в других соединениях.
