Результаты нового исследования, представленные в статье, опубликованной в журнале Science 2 июля, ставят под сомнение общепринятые сегодня представления о поведении материалов.

Исследуя пути перемещения электронов в гексабориде самария (SmB6), сотрудники Кембриджского университета выяснили, что в нем возможно одновременное проявление свойств изолятора и проводника. В отличие от недавно открытых, так называемых, топологических изоляторов, проводящих электричество только на поверхности, этот материал демонстрирует дуализм свойств во всем своем объеме.

Загадочный эффект наблюдался при криогенных температурах и пока не получил удовлетворительного объяснения. Одно из выдвинутых предположений заключается в том, что допускается существование третьей фазы – не проводника и не диэлектрика.

SmB6 принадлежит к классу изоляторов Кондо, в свою очередь, являющемуся частью более крупной группы тяжелых фермионных материалов. Их электрические свойства определяются взаимодействием двух типов электронов: f – локализованных и d – высокоорбитальных. В случае гексаборида самария, корреляция между этими типами электронов приводит к диэлектрическому поведению. В то же время, измерения квантовых осцилляций, выполненные в Национальной лаборатории интенсивного магнитного поля в Талахасси (штат Флорида), показали, что орбиты электронов в этом материале образуют поверхность Ферми, типичную для металлов.

«Это дихотомия (разделение на две независимые части), – заявил руководитель исследования, доктор Сухитра Себастиан (Suchitra Sebastian) из Кэвендишской лаборатории Кембриджского университета. – Высокое электрическое сопротивление SmB6 указывает на его изолирующее поведение, но наблюдаемая поверхность Ферми характерна для обычного металла».

Но загадки на этом не закончились. У металлов, при охлаждении, амплитуда квантовых осцилляций сначала растет, а затем, по мере приближения к абсолютному нулю, стабилизируется. В случае же гексаборида самария, амплитуда осцилляций продолжала расти с понижением температуры, нарушая все закономерности, которым подчиняются металлы.

Наряду с третьей фазой, в качестве вариантов объяснения авторы предлагают флуктуации между двумя фазами или перепрыгивание электронов через запрещенную зону, разграничивающую проводящее и изолирующее состояния – она у SmB6 очень узкая.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365