Cercetătorii au identificat o stare a materiei considerată anterior imposibilă, observată într-un material cuantic, contestând ipoteze vechi din fizică, potrivit Phys.
Descoperirea sugerează că stările topologice pot exista chiar și atunci când descrierea clasică, bazată pe particule, nu mai funcționează.
Un material cuantic care sfidează comportamentul clasic
Cercetarea a fost realizată de o echipă de la TU Wien, care a analizat un material cuantic format din ceriu, ruteniu și staniu.
Rezultatele, publicate în Nature Physics, arată că materialul prezintă proprietăți topologice, deși nu are un comportament bine definit la nivel de particule.
La temperaturi extrem de scăzute, apropiate de zero absolut, materialul intră într-un regim cuantic critic, în care electronii nu mai acționează ca particule distincte.
În această stare, purtătorii de sarcină oscilează între faze concurente, făcând ineficiente modelele clasice de mișcare și viteză.
Topologie fără particule
Stările topologice ale materiei, recunoscute prin Premiul Nobel pentru Fizică în 2016, sunt explicate de regulă prin concepte bazate pe particule.
Aceste stări se bazează pe proprietăți geometrice robuste, care rămân neschimbate chiar și în prezența defectelor sau perturbațiilor.
Până acum, se credea că astfel de proprietăți necesită electroni cu energii și viteze bine definite.
Echipa de la TU Wien a demonstrat însă că această presupunere este incompletă.
Experimentele au evidențiat apariția unui efect Hall spontan, sau anormal, în absența oricărui câmp magnetic extern.
Acest comportament reprezintă un semn clar al topologiei, apărând exact acolo unde descrierile bazate pe particule eșuează.
Rezolvarea unei contradicții științifice
Descoperirea a părut inițial în contradicție cu teoriile consacrate, stârnind rezerve în rândul cercetătorilor.
Măsurători detaliate au confirmat însă că efectele topologice sunt cele mai puternice în regiunile cu fluctuații cuantice intense.
Când aceste fluctuații au fost reduse prin presiune sau câmpuri magnetice, comportamentul topologic a dispărut.
Rezultatul arată că topologia poate apărea nu în ciuda instabilității cuantice, ci tocmai datorită acesteia.
Spre o definiție mai largă a materiei topologice
Echipa descrie noua fază identificată drept un „semimetal topologic emergent”.
Sprijinul teoretic a venit de la colaboratori de la Rice University, care au dezvoltat modele ce leagă comportamentul cuantic de proprietățile topologice.
Rezultatele indică o nouă strategie de identificare a materialelor topologice, prin concentrarea asupra sistemelor aflate în regim cuantic critic.
Fizicienii spun că această abordare ar putea extinde semnificativ căutarea materialelor utile în calculul cuantic, senzori avansați și electronică de ultimă generație.