Научници открија необично однесување на електроните во циркониум пентателурид (ZrTe5), материјал што може да се однесува и како изолатор и како проводник. При температури блиску до апсолутната нула и магнетни полиња до 60 тесла, во него се појавиле квантни осцилации и по границата каде што според конвенционалната теорија тие би требало да исчезнат.
Истражувањето, објавено во списанието Nature Communications, го спровеле тимови од Универзитетот во Сао Пауло, Националната лабораторија „Лос Аламос“, Универзитетот во Вашингтон и други институции. Експериментите биле изведени на температури од околу 0,7 келвини, односно приближно -272,45 степени Целзиусови.
Тополошките изолатори имаат изолаторска внатрешност, но нивната површина може да спроведува електрична струја. ZrTe5 е особено интересен бидејќи се наоѓа близу границата меѓу различни тополошки фази, па малите промени во температурата, составот, механичкото напрегање или магнетното поле можат значително да ги изменат неговите електронски својства.
Во магнетно поле, дозволените енергии на електроните се поделени во дискретни Ландауови нивоа. Нивното поминување низ Ферми-евото ниво создава осцилации во електричниот отпор, познати како Шубников-де Хаасови осцилации. Вообичаено, тие се периодични во однос на обратната вредност на магнетното поле.
Кај испитуваниот примерок, осцилациите не следеле таков образец и продолжиле над квантната граница, каде што електроните би требало да останат само во најниското Ландауово ниво. Истражувачите предлагаат дека дел од нивоата можат да се „свиткаат наназад“ и повторно да го пресечат Ферми-евото ниво. Овој процес е наречен повторно појавување на Ландауовите нивоа.
Клучна улога има спојувањето на орбиталното движење на електроните со нивниот спин преку силната спин-орбитална интеракција. Теоретскиот модел заснован на тридимензионален Дираков Хамилтонијан ги објаснил мерењата без потреба од колективни, повеќечестични ефекти, што упатува дека причината лежи во нетривијалната топологија на електронските зони.
Резултатите можат да помогнат и во објаснувањето на различните осцилации забележани во претходни примероци од ZrTe5. Според истражувачите, разликите меѓу периодични, непериодични и логаритамски осцилации можат да произлегуваат од истата Диракова електронска структура, но да зависат од концентрацијата на носители и големината на Ферми-евата површина.
Мерењата покажале и дека два спински раздвоени електронски канали можат меѓусебно да интерферираат. Тоа го објаснува локалното намалување на амплитудата на осцилациите при одредени температури, наместо нејзиното едноставно постепено опаѓање. Проценетата концентрација на носители била приближно 1016 на кубен сантиметар, што е во согласност со положбата на материјалот близу до тополошка фазна транзиција.
Наодите го потврдуваат потенцијалот на ZrTe5 како платформа за истражување на егзотични квантни состојби. Со контролирање на симетријата, концентрацијата на носители, напрегањето, температурата и магнетното поле, научниците би можеле да проучуваат и фази поврзани со Вејлови квазичестички.
