Обнаружена скрытая ферроаксиальная упорядоченность электронного происхождения

Художественное изображение ферротационной волны плотности. Автор: Брэд Баксли.

Исследователи из Бостонского колледжа, Корнеллского университета и других институтов обнаружили ферроаксиальный порядок в редкоземельных теллуридах, который, по-видимому, имеет электронное происхождение. Их работа, опубликованная в журнале Nature Physics, раскрывает тонкие нарушения симметрии в квантовых материалах.

Ферроаксиальный порядок — это тип «скрытого порядка», организационного паттерна в материалах, который нельзя обнаружить с помощью обычных измерительных инструментов. Он был выявлен в системах с волнами зарядовой плотности (CDW) — периодическими волнообразными модуляциями электронного заряда внутри кристалла.

Как пояснил старший автор статьи, профессор физики Бостонского колледжа Кен Бёрч, отправной точкой для исследования стало обнаружение его группой три года назад первого в своем роде аксиального бозона Хиггса в системе CDW.

Мы наблюдали, что у этой моды также была «хиральность», и мы занялись поиском причины этого. Данная работа — это наша попытка понять, какие скрытые симметрии были нарушены и что в материале являлось причиной, — сказал Бёрч.

Художественное изображение ферротационной волны плотности. Автор: Брэд Баксли.

В ходе оптических экспериментов исследователи заметили, что цвет и поляризация света, выходящего из образца, отличались от исходных. Тщательные измерения изменений при вращении кристалла позволили выявить нарушенные симметрии. Анализ показал, что изменения имеют в основном электронную, а не атомную природу, что позже было подтверждено исследованиями на электронном микроскопе.

Дополнительные измерения релаксации мюонного спина подтвердили, что хиральность в системе не связана с нарушением обращения времени.

Это открытие подтверждает идею о том, что хиггсовские моды могут служить однозначными сигнатурами скрытых фаз материи и помогать понять их природу. В настоящее время команда работает над изучением того, как достичь единых ферроаксиальных доменов и как этот порядок влияет на другие электронные свойства материалов.

Больше информации: Birender Singh et al, Ferroaxial density wave from intertwined charge and orbital order in rare-earth tritellurides, Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-03008-2.