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.
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.
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.
