Учёные открыли новое квантовое состояние материи на стыке экзотических материалов

Кристаллическая структура и температурная зависимость сопротивления EIO/DTO. Автор: Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adr6202

Учёные обнаружили новый способ существования материи, отличный от привычных состояний — твёрдого, жидкого, газообразного или плазмы. Открытие было сделано на границе раздела двух экзотических материалов, соединённых в «сэндвич».

Новое квантовое состояние, названное «квантовым жидким кристаллом», подчиняется собственным законам и обладает свойствами, которые могут привести к прорывам в технологиях, заявили исследователи.

В статье, опубликованной в журнале Science Advances, группа учёных под руководством специалистов из Университета Рутгерса описала эксперимент, в котором изучалось взаимодействие между проводящим материалом (вейлевским полуметаллом) и изолирующим магнитным материалом (спиновым льдом) в условиях экстремально сильного магнитного поля. Оба материала известны своими уникальными и сложными свойствами.

«Хотя каждый материал изучался отдельно, их взаимодействие на границе раздела оставалось совершенно неисследованным», — пояснил Цун-Чи У, ведущий автор исследования. — «Мы наблюдали новые квантовые фазы, возникающие только при взаимодействии этих материалов. Это создаёт ранее неизвестное топологическое квантовое состояние материи в сильных магнитных полях».

Команда обнаружила, что на границе раздела электронные свойства вейлевского полуметалла изменяются под влиянием магнитных свойств спинового льда. Это приводит к редкому явлению «электронной анизотропии», когда материал проводит электричество по-разному в разных направлениях. В пределах 360 градусов проводимость минимальна в шести определённых направлениях. При увеличении магнитного поля электроны внезапно начинают течь в двух противоположных направлениях.

Это открытие соответствует характеристикам квантового явления, известного как «нарушение вращательной симметрии», и указывает на возникновение новой квантовой фазы в сильных магнитных полях.

Результаты исследования важны, так как раскрывают новые способы управления свойствами материалов. Понимание движения электронов в таких материалах может помочь в создании сверхчувствительных квантовых датчиков магнитного поля для работы в экстремальных условиях — например, в космосе или внутри мощных машин.

Физики под руководством Джака Чакхаляна (слева), включая Цун-Чи У (справа) и Майкла Террилли (в центре), исследуют новые квантовые явления. Автор: Джефф Арбан

Эксперименты проводились в Национальной лаборатории сильных магнитных полей (MagLab) во Флориде, где удалось создать условия сверхнизких температур и мощных магнитных полей. Исследование стало продолжением работы, опубликованной ранее в этом году, в которой учёные описали метод создания атомарно тонкой гетероструктуры из вейлевского полуметалла и спинового льда.

«В той статье мы объяснили, как создали гетероструктуру, — сказал Чакхалян. — А новая публикация в Science Advances рассказывает о том, что она может делать».

Дополнительная информация: Tsung-Chi Wu et al, Electronic anisotropy and rotational symmetry breaking at a Weyl semimetal/spin ice interface, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adr6202

Источник: Rutgers University