Физики обнаружили неожиданное квантовое состояние, в котором множество электронов движутся вместе крайне медленно, сохраняя при этом квантовую согласованность. Это противоречит прежним теоретическим предсказаниям о поведении изученного материала. Работа опубликована в журнале Science Advances.
Речь идет о соединении Fe₅GeTe₂. Ученые Чикагского университета исследовали его с помощью метода фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением, сфокусировав ультрафиолетовый лазер на участке размером всего десять микрометров.
Они обнаружили так называемую «плоскую» электронную зону, в которой энергия электронов почти не меняется. Из-за этого электроны перестают двигаться поодиночке и начинают вести себя коллективно — «ползти» все вместе. При этом речь идет не об отдельных частицах, а о тысячах и миллионах электронов, демонстрирующих согласованное квантовое поведение.
Самое любопытное, что это состояние сохранялось при температуре до 100 кельвинов выше абсолютного нуля — заметно «теплее», чем обычно удается наблюдать подобные квантовые эффекты, которые, как правило, требуют экстремального холода. Чем ближе такие явления к комнатной температуре, тем интереснее они для будущих технологий, в том числе квантовых. Пока это фундаментальное открытие, расширяющее представления о том, как ведет себя материя в необычных состояниях, но именно из таких находок со временем рождаются новые материалы и устройства.
«Плоские» электронные зоны — горячая тема физики конденсированного состояния: именно с ними связывают множество экзотических квантовых явлений, от необычной сверхпроводимости до магнетизма. Материалы, где такие эффекты проявляются при относительно высоких температурах, особенно ценны, ведь большинство квантовых состояний пока удается наблюдать лишь при экстремальном холоде.
Ранее ученые выяснили, как Земля переворачивалась вокруг оси, меняя климат.