Физики открыли новое экзотическое состояние материи

Ученые обнаружили неизвестное ранее состояние материи, которое наблюдается при трансформации вещества из одного квантового состояния в другое при крайне низких температурах и при котором электроны почти не взаимодействуют друг с другом.

Обычно состояния материи разделяют на твердое, жидкое, газообразное и плазму. Однако в последние годы физики открыли новое состояние – так называемые «квантовые фазы» материи, которые проявляются при температуре, близкой к абсолютному нулю, в результате специфического взаимодействия между электронами при такой температуре.

Подобно термодинамическим фазовым переходам, которые позволяют, например, жидкой воде превращаться в лед и испаряться в пар, квантовые фазовые переходы также способны при помощи флуктуаций элементарных частиц на квантовом уровне переводить материю из одного экзотического состояния в другое.


Примером такого экзотического состояния является топологический изолятор, двумерная поверхность которого проводит электричество, а остальная часть является изолятором, то есть диэлектриком. Недавно, впрочем, физикам удалось доказать, что состояние топологического изолятора может достигаться и в металлах.

Изучая квантовый фазовый переход так называемого «полуметалла Вейля» в состояние топологического изолятора, группа американских и японских ученых обнаружила новое, неизвестное ранее квантовое состояние прямо на грани между «полуметаллом» и топологическим изолятором. Это произошло при температуре, близкой к абсолютному нулю.

Проведя некоторые измерения, ученые выяснили, что необычные элементарные частицы, называемые вейлевскими фермионами (особые электроны, которые обеспечивают фазовые переходы вейлевского полуметалла в топологический изолятор), практически не взаимодействуют друг с другом в этом экзотическом состоянии, что совсем не похоже на обычное поведение электронов, отмечают ученые.

Результаты данного исследования позволяют углубиться в понимание взаимодействия электронов, которое лежит в основе важных для развития технологий явлений – например, магнетизма и сверхпроводимости, отмечают ученые.