Некоторые вещества, традиционно считающиеся изоляторами, могут проявлять себя как металлы — по крайней мере, в условиях крайне сильных магнитных полей. Это удивительное явление побуждает физиков пересмотреть устоявшиеся представления о материалах.
Международная команда физиков выявила новый тип квантовой дуальности — способность материи одновременно проявлять противоположные свойства. Группа под руководством Лу Ли, профессора физики из Мичиганского университета, исследовала загадочное явление квантовых осцилляций. В металлах это явление хорошо известно: электроны ведут себя как миниатюрные пружины, колеблющиеся в ответ на магнитные поля. Изменяя силу магнитного поля, ученые могут контролировать скорость движения этих «электронных пружин». Однако в последние годы подобные осцилляции были зафиксированы и в изоляторах — материалах, которые, по определению, не должны проводить электричество или тепло.
Чтобы разобраться в этой загадке, ученые провели серию экспериментов в Национальной лаборатории сильных магнитных полей, где располагаются самые мощные магниты на планете. Они исследовали поведение соединения, названного борид иттербия, в магнитном поле с силой 35 Тесла — это примерно в 35 раз сильнее, чем поле внутри больничного МРТ-сканера.
Результаты оказались неожиданными: в условиях крайне сильного магнитного поля квантовые осцилляции происходили не на поверхности материала, как предполагали ученые, а в его толще. Это говорит о том, что весь материал-изолятор каким-то образом демонстрировал металлические свойства, оставаясь при этом изолятором.
«На самом деле, мы показали, что наше прежнее понимание поверхностной проводимости оказалось ошибочным. Все соединение ведет себя как металл, несмотря на то что это изолятор», — пояснил Ли.
Ученый называет данное открытие частью «новой дуальности» в физике. Первая, «старая» дуальность была открыта более ста лет назад, когда ученые осознали, что свет и материя могут вести себя как волны и частицы одновременно. Это открытие кардинально изменило физику и привело к созданию солнечных батарей и электронных микроскопов.
«На протяжении многих лет учен
Фото: hi-tech.mail.ru