Всем известно, что металлы и изоляторы по определению разные. Но ученым из Принстонского университета удалось( причем совершенно случайно) зафиксировать необычное квантовое поведение в изоляторе, которое ранее считалось возможным исключительно в металлах. Это открытие предполагает, что существует совершенно новый тип квантовой частицы, которую назвали нейтральным фермионом.
Старые постулаты и новые реалии
Всем известно, что металлы – это отличные проводники электрического заряда, а диэлектрики нет.
На молекулярном уровне этот постулат сводится к тому, что в металлах электроны довольно-таки свободно перемещаются по кристаллической решетке. В изоляторах электроны атомов довольно «жестко сидят» на своих орбитах, а, следовательно, имеют высокое сопротивление.
Так вот в виде побочного эффекта хорошей проводимости в металлах может наблюдаться эффект под названием квантовые колебания. Если металл сильно охладить и подвергнуть воздействию сильного магнитного поля, то электроны способны перейти в квантовое состояние, которое провоцирует колебания удельного сопротивления материала.
Однако такого эффекта в изоляторах ранее не наблюдалось из-за не очень хорошей способности электронов к перемещению. Но как показало новое исследование, проведенное учеными Принстонского университета, эффект квантового колебания присутствует и в изоляторах тоже.
Новое исследование и случайное открытие
В своем очередном эксперименте ученые работали с дителлуридом вольфрама, который в массе веет себя как металл, но преобразуется в изолятор, когда его собирают до двухмерной формы, такой как графен.
Так вот при очередном измерении удельного сопротивления однослойного материала в магнитном поле, ученые с удивлением обнаружили, что он начал колебаться. Как заявил С. Ву (ответственный за исследования), обнаружение этого эффекта стало полной неожиданностью и ввело ученых в замешательство.
Наблюдаемый феномен не мог быть объяснен ни одной из существующих теорий, так что ученые выдвинули свою версию происходящего. По их версии в изоляторе колеблются не сами электроны, а, вероятнее всего, сильные взаимодействия могут формироваться за счет новых квантовых частиц.
Так как изоляторы блокируют беспрепятственное движение таких заряженных частиц как электроны, новые частицы, вызывающие квантовые колебания, должны обладать нейтральным зарядом.
Эти гипотетические нейтральные фермионы и могли бы затем демонстрировать наблюдаемые квантовые осцилляции.
Так, если предположение ученых верно, то им удалось обнаружить принципиально новую форму квантовой материи, который скрыт в изоляторах.
Для того, чтобы подтвердить гипотезу ученых, нужно провести еще много исследований, в ходе которых и станет окончательно ясно действительно ли существуют нейтральные фермионы или же существует другое объяснение обнаруженным странностям.
Результатами своих исследований ученые поделились на страницах журнала Nature. Понравился материал, тогда оцените его и не забудьте подписаться. Спасибо за ваше внимание!
