Найден топологический изолятор, совмещающий признаки объектов механического макро- и квантового микромира.
Питер Армитаж (Peter Armitage) из университета Джона Хопкинса (США) и его коллеги нашли материал, который в буквальном смысле соединяет мир классической физики и мир физики квантовой, который подчиняется совершенно другим законам. Все дело в том, что материалы, называемые топологическими изоляторами, проводят электрический заряд на свою тончайшую поверхность, но не внутрь нее. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Теоретически возможность существования топологических изоляторов была предсказана в 1980-х годах. Экспериментально их впервые наблюдали в 2007 г. и с тех пор интенсивно исследовали. Эти материалы уникальным образом демонстрируют квантовые свойства, которые обычно появляются только на микроскопическом уровне, но появляются в масштабах, видимых невооруженным глазом.

«Обычно мы думаем о квантовой механике как теории малых объектов, но в этой системе квантовая механика проявляется в макроскопических масштабах. Эксперименты стало возможным благодаря уникальной аппаратуре, разработанной в нашей лаборатории», — объяснил Питер Армитаж.

Образцы материала, изготовленного из элементов висмута и селена — каждый в несколько миллиметров в длину и разной толщины, ученые подвергли невидимому невооруженным глазом тетрагерцевому излучению. Исследователи измеряли отраженный свет и обнаружили признаки квантового состояния материи.

В частности, они увидели, что когда свет пропускался через материал, волна света закручивается определенное количество раз. Этот эффект связан с физическими константами, которые, как правило, измеримы только в атомных масштабах.

Результаты добавляют новые сведения к пониманию топологических изоляторов, но также могут способствовать решению «центрального вопроса современной физики», а именно — какова связь между миром классической механики и микроскопическим квантовым миром из которого она возникает.

С начала ХХ-го века физики всего мира думают над вопросом, как один набор физических законов, регулирующих поведение объектов одного уровня, сосуществует с другим набором законов, контролирующих атомный и субатомный масштаб. Непонятно, как классическая механика связана с квантовой и где порог, который разделяет эти миры.

На эти вопросы еще предстоит ответить, но топологические изоляторы могут быть частью решения.