«Странное» квантовое открытие бросает вызов законам физики

Некоторые вещества, считающиеся изоляторами, могут вести себя как металлы — по крайней мере, при экстремально сильных магнитных полях. Это удивительное явление заставляет физиков пересмотреть привычные представления о материалах.

Международная группа физиков обнаружила новый тип квантовой дуальности — способности материи проявлять противоположные свойства одновременно. Команда под руководством Лу Ли, профессора физики из Мичиганского университета, изучала загадочное явление квантовых осцилляций. В металлах это явление хорошо известно: электроны ведут себя как крошечные пружинки, вибрирующие в ответ на магнитные поля. Изменяя силу магнитного поля, ученые могут управлять скоростью движения этих «электронных пружин». Однако в последние годы такие же осцилляции были обнаружены в изоляторах — материалах, которые по определению не должны проводить электричество или тепло.

Чтобы разгадать эту загадку, ученые провели серию экспериментов в Национальной лаборатории сильных магнитных полей, в которой находятся самые мощные магниты в мире. Они изучали поведение соединения под названием борид иттербия в магнитном поле силой 35 Тесла — это примерно в 35 раз сильнее, чем поле внутри больничного МРТ-сканера.

Результаты оказались неожиданными: в условиях экстремально сильного магнитного поля квантовые осцилляции происходили не на поверхности материала, как того ожидали физики, а в его толще. Это означает, что весь материал-изолятор каким-то образом проявлял металлические свойства, оставаясь при этом изолятором.