Дослідники з Мічиганського університету зафіксували квантові осциляції в об’ємі матеріалу, який вважається діелектриком. Це відкриття спростовує фундаментальні уявлення про поведінку електронів і може стати основою для технологій майбутнього.
Протягом семи років команда науковців під керівництвом професора Лу Лі вивчала властивості рідкісної сполуки – ітербієвого бориду (YbB12). Цей матеріал належить до класу так званих ізоляторів Кондо. Традиційна фізика стверджує: квантові осциляції – це «візитна картка» металів, де електрони вільно рухаються. Однак нові експерименти показали, що за певних умов цей закон порушується.
Ключові аспекти дослідження
Ще у 2018 році команда Лу Лі опублікувала у журналі Science дані про дивну поведінку YbB12. Поверхня цього матеріалу проводить струм, тоді як внутрішня частина (об’єм) залишається ізолятором. Проте вчені помітили ознаки того, що всередині діелектрика також відбуваються процеси, характерні для металів.
Щоб підтвердити цю гіпотезу, фізики провели серію експериментів у Національній лабораторії сильних магнітних полів (США). Використовуючи надпотужні магніти, вони довели: осциляції є внутрішньою властивістю матеріалу, а не поверхневим ефектом.
Історичні паралелі наукових відкриттів
Часто фундаментальні відкриття спочатку здаються відірваними від реальності. Коли Альберт Ейнштейн у 1917 році сформулював теорію вимушеного випромінювання, ніхто не міг уявити, що через десятиліття це призведе до створення лазерів. Сьогодні ця технологія є основою для інтернету, медицини та промисловості.
Ситуація з YbB12 нагадує історію лазера. Ми маємо справу з явищем, яке поки що не має очевидного застосування, але демонструє нові грані фізичного світу.
Двоїста природа матеріалу
Нове дослідження, опубліковане в авторитетному журналі Physical Review Letters, остаточно підтверджує: YbB12 поводиться як «гібрид».
Електрично: це ізолятор (струм не проходить).
Квантово: це метал (електрони демонструють характерні коливання).
«Цей результат підтверджує, що ізолятори Кондо мають подвійну природу — вони є одночасно електричними ізоляторами та мандрівними металами. Ця дуальність є дивовижним наслідком сильних кореляцій між електронами в матеріалі», — зазначив Лу Лі у коментарі для видання Physics World.
Ефект спостерігається лише в екстремальних магнітних полях понад 35 Тесла (для порівняння: апарат МРТ створює поле близько 1–3 Тесла). Хоча наразі вчені визнають, що не знають, як саме використати це на практиці, сам факт існування такої матерії відкриває двері для створення принципово нової електроніки.
Також рекомендуємо прочитати:
Аналіз ДНК неандертальця вказав на нову причину вимирання виду
