Исследователи из Мичиганского университета зафиксировали квантовые осцилляции в объеме материала, который считается диэлектриком. Это открытие опровергает фундаментальные представления о поведении электронов и может стать основой для технологий будущего.
В течение семи лет команда ученых под руководством профессора Лу Ли изучала свойства редкого соединения – итербиевого борида (YbB12). Этот материал принадлежит к классу так называемых изоляторов Кондо. Традиционная физика утверждает: квантовые осцилляции – это «визитная карточка» металлов, где электроны свободно движутся. Однако новые эксперименты показали, что при определенных условиях этот закон нарушается.
Ключевые аспекты исследования
Еще в 2018 году команда Лу Ли опубликовала в журнале Science данные о странном поведении YbB12. Поверхность этого материала проводит ток, тогда как внутренняя часть (объем) остается изолятором. Однако ученые заметили признаки того, что внутри диэлектрика также происходят процессы, характерные для металлов.
Чтобы подтвердить эту гипотезу, физики провели серию экспериментов в Национальной лаборатории сильных магнитных полей (США). Используя сверхмощные магниты, они доказали: осцилляции являются внутренним свойством материала, а не поверхностным эффектом.
Исторические параллели научных открытий
Часто фундаментальные открытия сначала кажутся оторванными от реальности. Когда Альберт Эйнштейн в 1917 году сформулировал теорию вынужденного излучения, никто не мог представить, что через десятилетия это приведет к созданию лазеров. Сегодня эта технология является основой для интернета, медицины и промышленности.
Ситуация с YbB12 напоминает историю лазера. Мы имеем дело с явлением, которое пока не имеет очевидного применения, но демонстрирует новые грани физического мира.
Двойственная природа материала
Новое исследование, опубликованное в авторитетном журнале Physical Review Letters, окончательно подтверждает: YbB12 ведет себя как «гибрид».
Электрически: это изолятор (ток не проходит).
Квантово: это металл (электроны демонстрируют характерные колебания).
«Этот результат подтверждает, что изоляторы Кондо имеют двойственную природу – они являются одновременно электрическими изоляторами и перемещающимися металлами. Эта двойственность является удивительным следствием сильных корреляций между электронами в материале», – отметил Лу Ли в комментарии для издания Physics World.
Эффект наблюдается только в экстремальных магнитных полях свыше 35 Тесла (для сравнения: аппарат МРТ создает поле около 1-3 Тесла). Хотя пока ученые признают, что не знают, как именно использовать это на практике, сам факт существования такой материи открывает двери для создания принципиально новой электроники.
Также рекомендуем прочитать:
Анализ ДНК неандертальца указал на новую причину вымирания вида
