Квантовая «пуповина» связывает металлы и изоляторы: новый взгляд на состояние материи

Исследование, проведенное в Венском техническом университете (TU Wien), раскрывает существование необычной квантовой связи, подобной пуповине, между различными квантовыми состояниями в материалах, особенно при переходе между металлическим и изоляционным состояниями. Это открытие, возглавляемое профессором Карстеном Хельдом и Юраем Крсником, демонстрирует ранее неизвестное промежуточное состояние материи, возникающее при расщеплении энергетических зон.
Квантовая «пуповина» связывает металлы и изоляторы: новый взгляд на состояние материи
Изображение носит иллюстративный характер

В основе этого явления лежат фундаментальные принципы квантовой теории. Электроны в любом материале могут занимать только определенные энергетические уровни или диапазоны, известные как энергетические зоны. Между этими зонами существуют запрещенные области, недоступные для электронов. В металлах нет запрещенных энергетических диапазонов, что обеспечивает свободное перемещение электронов и, следовательно, хорошую электропроводность. Изоляторы же имеют широкие запрещенные зоны, препятствующие движению электронов и делающие их непроводниками.

Сила взаимодействия между электронами внутри материала играет ключевую роль в определении расположения этих энергетических зон. Ученые обнаружили, что эту силу можно регулировать с помощью легирования, то есть добавления примесей. При определенном диапазоне значений силы взаимодействия происходит расщепление энергетической зоны на две отдельные. Именно в этот момент возникает феномен, названный «квантовой пуповиной».

В процессе расщепления, две вновь образованные зоны остаются соединенными областью импульса, где возможен широкий спектр значений энергии. Этот «мостик» фактически связывает две отдельные зоны и обеспечивает переход между состояниями металла и изолятора. Данный эффект не является экзотическим исключением, а, скорее, закономерным явлением, возникающим, когда сила электронного взаимодействия находится в определенном диапазоне.

Открытие «квантовой пуповины» имеет далеко идущие последствия. Оно указывает на существование целого набора ранее неизученных состояний материи между металлами и изоляторами. Это открытие перекликается с исследованиями топологических состояний в сверхпроводниках, удостоенных Нобелевской премии по физике 2016 года, подчеркивая сложность взаимосвязи между энергией и импульсом в квантовых системах.

Таким образом, «квантовая пуповина» не является чем-то искусственным или редким. Она возникает естественным образом при расщеплении энергетических зон, предлагая новое понимание фундаментальных процессов, происходящих в материалах. Это открытие открывает захватывающие перспективы в материаловедении, предоставляя возможность разработки новых материалов с уникальными свойствами.

Более подробная информация об этом исследовании представлена в статье Юрая Крсника и соавторов "Local correlations necessitate waterfalls as a connection between quasiparticle band and developing Hubbard bands", опубликованной в Nature Communications в 2025 году, с идентификатором DOI 10.


Новое на сайте

20854Как дешёвые Android-смартфоны превращаются в чужие прокси? 20853В Индии имя звонящего появится на экране вместе с номером 20852Как проверить готовность команды к звонку с клонированным голосом? 20851Уязвимости MarkLogic: делегированные права могли открыть путь к администраторскому... 20850Как GitHub закрыл лазейку, угрожавшую тысячам npm-пакетов? 20849Hirudo подменяет банковские приложения, чтобы обойти их защиту 20848Как Vghost превратил старую ошибку Linux в путь к root? 20847Уязвимости в PAN-OS и Cisco Secure Email Gateway уже используют атакующие 20846Как уязвимость GitLab могла открыть сервер для чужого кода? 20845Уязвимость SAP Cloud SDK могла отправить OAuth2-секреты злоумышленнику 20844Уязвимость в Nextcloud открыла путь к веб-оболочкам на серверах 20843Смогут ли малые ИИ-модели превратить бытовую технику в ботнет? 20842Пять уязвимостей NGINX: кому грозит риск и как закрыть его 20841Тайный диктофон в OpenAI: что утверждают следователи 20840Как проверять уязвимость входа, не заходя дальше дозволенного?
Ссылка