Электроны перестают вести себя как частицы — и физика всё ещё работает

Исследователи из Венского технического университета (TU Wien) экспериментально доказали, что топологические состояния материи — особая квантовая фаза с защищёнными свойствами — могут существовать в материалах, где электроны полностью теряют своё «частицеподобное» поведение. Это стало неожиданностью, поскольку вся современная теория топологической материи до сих пор строилась на фундаментальном допущении, что носители заряда ведут себя как частицы с определённой скоростью и энергией. Открытие было сделано на соединении CeRu₄Sn₆, которое при сверхнизких температурах демонстрирует квантово-критическое поведение — сильные флуктуации между двумя состояниями, что, как считалось, несовместимо с картиной квазичастиц.

Ключевым доказательством стало наблюдение спонтанного аномального эффекта Холла без внешнего магнитного поля — отличительного признака топологической фазы. Удивительно, но этот эффект был наиболее выражен именно в области максимальных квантовых флуктуаций. Совместно с теоретиками из Университета Райса была разработана модель, связавшая квантовую критичность с топологией, показав, что топологические свойства могут возникать не благодаря, а, в некотором смысле, из-за отсутствия частицеподобных состояний.

Это открытие расширяет и обобщает само понятие топологической материи, показывая её универсальность. Оно также открывает новый практический путь для поиска подобных материалов — через поиск систем с квантово-критическим поведением, которое легче выявить. Это может ускорить открытие новых материалов для квантовых вычислений, сенсоров и электроники с низким энергопотреблением.