Металлы и диэлектрики по определению очень разные — но ученые из Принстона случайно обнаружили неожиданное квантовое поведение диэлектрика, которое, как считалось ранее, свойственно только металлам. Это открытие указывает на существование квантовой частицы совершенно нового типа, которую исследователи назвали нейтральным фермионом.

Упрощенного говоря, металлы проводят электричество, а диэлектрики нет. На молекулярном уровне это можно свести к тому, насколько свободно электроны движутся через материалы — в металлах электроны весьма подвижны, тогда как диэлектрики обладают огромной сопротивляемостью, которая мешает им свободно двигаться.

В качестве побочного эффекта металлы проявляют феномен квантовой осцилляции. Под действием магнитного поля при очень низкой температуре электроны могут сдвигаться в квантовое состояние, которое вызывает устойчивость материала к осцилляции. Однако у диэлектриков такого не происходит, поскольку их электроны не особо подвижны.

По крайней мере, так считалось ранее. Однако физики из Принстонского университета впервые обнаружили квантовые осцилляции, рассказывает New Atlas. Произошло это непреднамеренно: ученые работали с дителлуридом вольфрама, который обычно ведет себя как металл, но в двухмерном виде становится диэлектриком. Измерив удельное сопротивление монослоя этого материала под действием магнитного поля, они обнаружили, что он начал осциллировать.

Этот феномен нельзя объяснить при помощи современных теорий, но гипотезы у ученых есть. Возможно, осциллируют не сами электроны. Не исключено, что сильные взаимодействия создают новую квантовую частицу, которая проявляет такое поведение. Поскольку диэлектрики мешают заряженным частицам, например, электронам, двигаться свободно, эти новые частицы должны обладать нейтральным зарядом. В таком случае, эти гипотетические нейтральные фермионы могут проявлять наблюдаемые свойства.

«Если наши интерпретации верны, мы видим фундаментально новую форму квантовой материи, — заявил Ву Саньфэн, старший исследователь. — Теперь мы рисуем в воображении совершенно новый квантовый мир, скрытый в диэлектриках. Возможно, мы просто упускали его из виду в течение нескольких десятков лет».