Квантовые осцилляции обнаружены внутри изолятора, что бросает вызов законам физики

Международная команда физиков обнаружила, что квантовые осцилляции могут возникать в объеме изолирующего материала, а не только на его поверхности. Это открытие указывает на новую область, где материалы могут вести себя как металлы под воздействием экстремальных магнитных полей.

Профессор физики Мичиганского университета Лу Ли возглавлял исследование, результаты которого опубликованы в журнале Physical Review Letters.

«Мне бы хотелось заявить, что у этого есть великолепное применение, но моя работа лишь отдаляет эту мечту», — признался Ли. «Но то, что мы обнаружили, действительно очень странно и захватывающе».

Квантовые осцилляции — это эффект, при котором электроны в металлах ведут себя как крошечные пружины, вибрируя в ответ на магнитные поля. Однако в последние годы те же осцилляции были обнаружены в изоляторах — материалах, которые не должны проводить электричество или тепло.

Чтобы выяснить, возникают ли осцилляции только на поверхности или внутри материала, команда использовала мощные магниты Национальной лаборатории магнитных полей. Эксперименты показали, что осцилляции исходят из объема самого материала.

«Мы рады предоставить четкие доказательства того, что эффект является объемным и внутренним», — заявил научный сотрудник Куан-Вэнь Чен.

Ли описывает открытие как часть «новой двойственности» в физике. Если классическая двойственность заключалась в волново-корпускулярной природе света и материи, то новая демонстрирует, что материалы могут одновременно быть и проводниками, и изоляторами.

Исследователи изучали соединение иттербия и бора (YbB12) в магнитном поле мощностью 35 Тесла — примерно в 35 раз сильнее поля аппарата МРТ.

«По сути, мы показываем, что наивная картина, где мы представляли себе поверхность с хорошей проводимостью, совершенно неверна», — объяснил Ли. «Весь состав ведет себя как металл, даже будучи изолятором».

Хотя такое «металлоподобное» поведение проявляется только в экстремальных магнитных условиях, открытие ставит новые вопросы о поведении материалов на квантовом уровне и может стимулировать дальнейшие теоретические и экспериментальные работы.