Ученые из Великобритании и США обнаружили, что гексаборид самария ведет себя одновременно как диэлектрик и как проводник, если его померить разными способами. Строгого объяснения наблюдаемому феномену ученые пока не дали, но они полагают, что этот материал перспективен для квантовой электроники. Статья об этом открытии опубликована в журнале Science и в виде пресс-релиза — на сайте Кембриджского университета.

Научная группа под руководством Сушитры Себастиан (Suchitra Sebastian) из Кавендишской лаборатории Кембриджского университета (Великобритания) — той самой, где работал Петр Капица — несколько лет искала материал, который одновременно проявлял бы свойства диэлектрика и проводника электрического тока. Наконец, им это удалось. Они обнаружили, что при очень низких температурах гексаборид самария (SmB6) проявляет такой дуализм.

Гексаборид самария изучают давно, его считают перспективным материалом для квантовой электроники, но есть и другие материалы, открытые недавно материалы, с аналогичным свойством. Только они представляют собой слоистые композиты, поэтому их двойственность объяснима. В исследовании же доктора Себастиан впервые показано, что монокристалл может был одновременно диэлектриком и проводником.

Изучая гексаборид самария и другие материалы, ученые проследили путь текущих по ним электронов. Они использовали технологию измерения, основанную на квантовых осцилляциях, и поняли, что геометрия поверхности, созданная орбитами электронов, — это физическая модель, известная как поверхность Ферми. Она бывает у металлов. В то время как гексаборид самария принадлежит к кондо-диэлектрикам, материалам, которые находятся в промежуточном состоянии, между диэлектриком и проводником. Их поведение как диэлектриков объясняется взаимодействием двух типов электронов: f -электронов и d-электронов.

При температуре минус 273 градуса Цельция, что совсем близко к абсолютному нулю, квантовая осцилляция показывает, что гексаборид самария теряет свойства обычного металла. В металлах амплитуда квантовых осцилляций растет, но когда температура снижается, рост прекращается. У гексаборида самария наблюдается иное свойство: амплитуда квантовых осцилляций продолжает резко расти и во время падения температуры.

Возможно, материал попадает в какое-то третье, новое, состояние вещества — ни проводник, ни диэлектрик, а может, быть, он быстро переходит из одного в другое и обратно, что тоже возможно, поскольку «яма» между f -электронами и d-электронами небольшая и частицы ее быстро «перепрыгивают». Ученые пока не могут точно объяснить увиденное.