Открыта новая форма квантовой материи

Физики Принстонского университета открыли новый квантовый эффект, названный гибридной топологией, в твердом кристалле. Результаты исследования, опубликованного в журнале Nature, открывают новые возможности для разработки новых технологий и материалов для квантовых экспериментов.

Ученые обнаружили, что твердый кристалл, состоящий из атомов мышьяка (As), обладает никогда ранее не наблюдавшейся формой топологического квантового поведения. Это квантовое состояние наблюдалось с помощью сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) и фотоэмиссионной спектроскопии, которая заключается в измерении относительной энергии электронов в молекулах и атомах.

Это состояние объединяет или «гибридизирует» две формы топологического квантового поведения — краевые состояния и поверхностные состояния, которые представляют собой два типа квантовых двумерных электронных систем. Ранее они наблюдались в предыдущих экспериментах, но никогда одновременно в одном и том же материале, где бы они смешивались, образуя новое состояние материи.

Топологическим изолятором называют материал, который в объеме является изолятором, а по поверхности проводит электрический ток. Однако, чтобы использовать эти изоляторы для практических приложений, необходимо, чтобы квантово-топологические эффекты проявлялись при более высоких температурах. Кроме того, необходимо найти простые материалы, способные поддерживать топологические явления.

Авторы полагают, что мышьяк с его уникальной топологией может служить платформой для разработки новых топологических материалов и квантовых устройств, которые в настоящее время нельзя создать с помощью существующих платформ.