Ученые обнаружили новый квантовый материал: он может помочь в разработке новых высокотемпературных сверхпроводников

Недавно команда физиков нашла материал, который обладает редкими квантовыми качествами. Практическое использование этого полуметалла может существенно продвинуть вперед квантовые разработки. Изыскание обнародовано в журнале Science Advances. В работе участвовали австрийские эксперты и ученые из Института Джона Хопкинса, Университета Райса и Национального университета технологий и стандартов (США).

Что говорят авторы изыскания

Авторы изыскания сообщили, что они обнаружили новейший квантовый материал. Он является соединением олова, церия и рутения. Такие материалы именуют полуметаллами, так как они имеют свойства, пребывающие между качествами полупроводников и металлов. «Как правило, следует много трудиться, чтобы произвести подходящие условия в лаборатории. Но этот полуметалл обеспечивает квантовую критичность сам по себе, - рассказывает Уэсли Фурман, соавтор изыскания. – Странно, но наш полуметалл без внешнего влияния оказался критично-квантовым».

Фазовые переходы

Ученые говорят, что квантовая критичность обычно создается лишь при весьма специфичных условиях внешней среды – в электромагнитном поле или при определенном давлении. Фазовые переходы в повседневной жизни связаны с переменой температуры. В виде примера эксперты приводят кусочек льда, который начинает таять в тепле.

И все же науке известны и иные виды фазовых переходов, зависящие от магнитного поля и иных параметров. Исследование природы этих переходов помогает установить, какими квантовыми качествами обладают материалы. Особенно интересно, когда они случаются в точке полного нуля. Такие процессы именуют «критическими квантовыми точками» или «фазовыми квантовыми переходами».

Немного о полуметалле Вейля-Кондо

Именно такая критичная квантовая точка и была найдена в новом материале, причем в необычно первозданной форме. Ученые теперь занялись изучением его качеств. Они думают, что этот материал является полуметаллом Вейля-Кондо.

Считается, что ввиду своих особенных квантовых состояний он обладает колоссальным потенциалом для создания квантовых методов. Если подтвердится это предположение, то в области квантовых технологий произойдет прорыв. Но квантовая критичность в любом случае для понимания стала проще.

Что говорит Силке Бюлер-Пашен

«Критическое квантовое поведение обычно исследуют в изоляторах или металлах, но теперь мы рассмотрели и полуметалл, - рассказывает профессор Силке Бюлер-Пашен из Университета физики твердого тела в Венском институте (Австрия). – Эта электронная система весьма коррелированная. Это говорит о том, что электроны сильно контактируют друг с другом. Рассматривая эти электроны по отдельности, нельзя объяснить их поведение».

Силке утверждает, что описанное взаимодействие электронов приводит к эффекту Кондо. Если свободных электронов слишком мало, как в случае полуметалла, то эффект Кондо является нестабильным. Это может быть причиной критического квантового поведения материала: система перемещается между состоянием без эффекта Кондо и состоянием с этим эффектом, что приводит к процедуре фазового перехода при температуре 0 °С.

Авторы считают, что важность открытия заключается еще и в том, что будущие эксперименты, на нем основанные, могут подтвердить наличие предсказанных фермионов Вейля. А это поможет в разработке новейших высокотемпературных проводников.