Недавно исследование, проведённое под руководством профессора физики и астрономии Университета Райса Ци Мяо Си (Qimiao Si) в сотрудничестве с Венским технологическим университетом и другими учреждениями, обнаружило новое квантовое состояние материи, связывающее квантовую критичность и топологические электронные состояния. Этот результат может способствовать развитию квантовых вычислений, сенсоров и материаловедения. Соответствующая статья была опубликована в журнале Nature Physics.
Исследовательская группа создала теоретическую модель для прогнозирования поведения электронов под совместным влиянием сильного взаимодействия и топологических эффектов. Квантовая критичность обычно описывает флуктуации электронов между упорядоченными фазами, подобные сильным колебаниям воды в критических точках замерзания или кипения; тогда как топология фокусируется на устойчивых «скрученных» моделях в свойствах электронных волн, которые могут сохраняться при изменении структуры материала. Ранее эти два явления обычно изучались отдельно: топология наблюдалась в основном в системах со слабым взаимодействием, а квантовая критичность — в сильно коррелированных электронных системах. Данное исследование впервые систематически объединило их, исследуя их перекрестное взаимодействие.
Теоретический прогноз указывает, что сильное электронное взаимодействие может индуцировать топологическое поведение, особенно вблизи точки квантовой критичности. Для проверки этой теории экспериментальная группа Венского технологического университета наблюдала поведение, соответствующее теории, в одном из материалов с тяжёлыми фермионами. Электроны в этом материале из-за эффектов сильной корреляции проявляют чрезвычайно большую эффективную массу и демонстрируют характерные сигналы нового топологического квантового состояния, что подтвердило соответствие теоретических предсказаний экспериментальным наблюдениям.
Это открытие заполняет давний пробел в понимании в физике конденсированного состояния, показывая, что сильное взаимодействие не только не разрушает топологическое состояние, но и может порождать новые топологические квантовые состояния. Кроме того, квантовая критичность может усиливать квантовую запутанность, а топологические состояния обладают устойчивостью к помехам. Их сочетание открывает новый путь для проектирования квантовых устройств, обладающих как высокой чувствительностью, так и стабильностью. Это исследование даёт чёткие указания для систематического поиска или проектирования материалов, находящихся в точке квантовой критичности и обладающих топологическими свойствами, что знаменует собой ключевой шаг в направлении проектирования квантовых материалов с использованием глубоких принципов квантовой физики.
Подробности публикации: Авторы: DM Kirschbaum и др., Название: «Топологический полуметалл, возникающий из квантовой критичности», Опубликовано в: Nature Physics (2026). Информация о журнале: Nature Physics
