Ученые из Венского технического университета исследовали соединение церия, рутения и олова (CeRu₄Sn₆) и выяснили, что при температурах, близких к абсолютному нулю, оно проявляет особое квантовое поведение: материал колеблется между двумя состояниями, как будто не может выбрать, какое принять. В этом режиме флуктуаций электроны уже нельзя описать как квазичастицы, пишет Scitech Daily.

В то же время, согласно общепринятым теоретическим моделям, этот материал должен обладать топологическими свойствами, наличие которых опирается на представления о частицах с определенными скоростями и энергиями. Однако в изучаемом материале этих скоростей и энергий, казалось бы, не существует.

Из любопытства исследователи все же решили экспериментально проверить предсказание. При температуре менее одного градуса выше абсолютного нуля они обнаружили явный сигнал — спонтанный (аномальный) эффект Холла. Обычно эффект Холла возникает, когда носители заряда отклоняются магнитным полем. Но здесь отклонение наблюдалось при полном отсутствии внешнего поля.

Ключевым открытием стало то, что носители заряда вели себя так, как если бы они были частицами, несмотря на то, что в таком квантовом режиме частичная картина считается несостоятельной. «И это еще не все, — добавляет Диана Киршбаум, первый автор исследования. — Топологический эффект наиболее силен именно там, где материал проявляет наибольшие флуктуации. Когда эти флуктуации подавляются давлением или магнитными полями, топологические свойства исчезают».

Ученые назвали обнаруженную фазу «возникающим топологическим полуметаллом». В сотрудничестве с Университетом Райса (США) они разработали теоретическая модель, которая успешно увязывает квантовую критичность с топологией.

«На самом деле оказывается, что для возникновения топологических свойств представление о частицах не требуется, — сказала Зильке Бюлер-Пашен, одна из исследователей. — Концепцию можно обобщить — топологические различия тогда возникают более абстрактным, математическим путем. Более того: наши эксперименты позволяют предположить, что топологические свойства могут даже возникать из-за отсутствия частицеподобных состояний».

Команда ученых из США заявила о получении «первого в истории кристалла пространства-времени». Система, структурированная как в пространстве, так и во времени, представляет собой жесткую решетку из топологических солитонов, которые поддерживаются устойчивыми колебаниями ориентаций молекул жидкого кристалла.