Физики наблюдают неожиданное квантовое явление в двумерном изоляторе

Выводы группы исследователей намекают на существование совершенно нового типа квантовой частицы - «нейтрального фермиона».

0 477

Группа физиков из США и Японии экспериментально наблюдала явление, называемое квантовыми колебаниями, в двумерном топологическом изоляторе – однослойном дителлуриде вольфрама (WTe2). Выводы группы, опубликованные в журнале Nature, намекают на существование совершенно нового типа квантовой частицы – «нейтрального фермиона».

Наблюдение квантовых колебаний долгое считалось отличительной чертой различий между металлами и изоляторами.

В металлах очень подвижны, а сопротивление невелико. Около века назад физики заметили, что в сочетании с очень низкими температурами может вызвать переход электронов из «классического» состояния в квантовое, вызывая колебания удельного сопротивления металла.

В изоляторах, напротив, электроны не могут двигаться, а материалы имеют очень высокое удельное сопротивление, поэтому не ожидается возникновения квантовых колебаний такого рода, независимо от силы приложенного магнитного поля.

«Если наши интерпретации верны, мы видим принципиально новую форму квантовой материи», – говорят исследователи.

«Сейчас мы представляем себе совершенно новый квантовый мир, скрытый в изоляторах. Возможно, мы просто упустили возможность их идентифицировать за последние несколько десятилетий».

Для исследования физики приготовили дителлурид вольфрама в виде так называемого монослоя. Обычный дителлурид вольфрама ведет себя как металл. Но как только он превращается в монослой, он становится очень прочным изолятором.

Затем исследователи приступили к измерению удельного сопротивления однослойного дителлурида вольфрама в магнитных полях.

К их удивлению, сопротивление изолятора, несмотря на то, что оно было довольно большим, начало колебаться при увеличении магнитного поля, что указывает на переход в квантовое состояние.

Фактически, этот материал – очень прочный изолятор – проявлял самое замечательное квантовое свойство металла.

«Это стало полной неожиданностью. Мы спросили себя: «Что здесь происходит?» Мы еще не до конца понимаем это. В настоящее время нет теорий, объясняющих это явление».

Тем не менее, у ученых есть провокационная гипотеза – форма квантовой материи с нейтральным зарядом.

«Из-за очень сильного взаимодействия Электроны организуются, чтобы произвести этот новый вид квантовой материи. Но в конечном итоге колеблются уже не электроны», – говорят исследователи.

Вместо этого авторы полагают, что новые частицы, которые они назвали «нейтральными фермионами», рождаются из этих сильно взаимодействующих электронов и ответственны за создание этого чрезвычайно замечательного квантового эффекта.

В квантовых материалах заряженные фермионы могут быть отрицательно заряженными электронами или положительно заряженными «дырками», которые отвечают за электрическую проводимость.

А именно, если материал является электрическим изолятором, эти заряженные фермионы не могут свободно перемещаться. Однако частицы, которые являются нейтральными, то есть ни отрицательно, ни положительно заряженными, теоретически могут присутствовать и быть подвижны в изоляторе.

«Наши экспериментальные результаты противоречат всем существующим теориям, основанным на заряженных фермионах, но могут быть объяснены присутствием нейтральных фермионов», – сказал автор исследования Пэнцзе Ван, с факультета физики Принстонского университета.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Смотрите также по теме:
Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: