Физики нашли топологическое состояние материи за пределами теории электронов

Международная команда физиков заявила об экспериментальном обнаружении принципиально нового состояния вещества, которое не укладывается в классические представления о поведении электронов в твердых телах. Исследование провели специалисты Венского технологического университета совместно с учеными Университета Райса в США. В ходе экспериментов был выявлен так называемый эмергентный топологический полуметалл — состояние, при котором электроны перестают существовать как индивидуальные квазичастицы, однако система сохраняет выраженные топологические свойства.

Работа велась с интерметаллическим соединением CeRu₄Sn₆, содержащим церий, рутений и олово. Эксперименты проводились при экстремально низких температурах — менее одного градуса выше абсолютного нуля. В этих условиях материал переходит в режим квантовой критичности, когда между различными квантовыми фазами возникают интенсивные флуктуации. Именно в этой области стандартная квазичастичная модель электронов перестает быть применимой.

Несмотря на это, исследователи зафиксировали аномальный эффект Холла, возникающий без внешнего магнитного поля. Такой эффект считается надежным индикатором топологического состояния и обычно связывается с четко определенной электронной структурой. В данном случае топологический отклик проявился в системе, где привычное описание электронного движения фактически разрушено.

Особое внимание ученые обратили на то, что максимальная величина топологического сигнала совпадала с областью наиболее сильных квантовых флуктуаций. При воздействии давления или магнитного поля флуктуации ослабевали, и топологические свойства исчезали. Это указывает на прямую связь между квантовой критичностью и формированием топологических состояний, которая ранее не рассматривалась экспериментально.

По словам исследователей, открытие демонстрирует, что топология может возникать не на уровне отдельных электронов, а как коллективное свойство сложной квантовой системы. Теоретическую интерпретацию результатов предложили физики Университета Райса, связав квантово-критическое поведение с топологическими эффектами в системах с сильными электронными корреляциями. Ученые отмечают, что такие состояния могут стать основой для поиска новых материалов, перспективных для квантовых вычислений, высокоточных сенсоров и других технологий следующего поколения, пишет Новая наука.