При охлаждении до почти абсолютного нуля в материале возник эффект Холла без магнитного поля

Физики нашли «невозможное» квантовое состояние. Что это меняет?

Международная группа учёных из Венского технологического университета и Университета Райса сделала то, что раньше считалось фантастикой. Они зафиксировали квантовое состояние, существование которого предсказывали, но не могли подтвердить. Речь идёт об эмерджентном топологическом полуметалле. Звучит сложно. Но на деле — это сдвиг парадигмы для физики твёрдого тела.

Эксперимент проводили с кристаллом CeRu₄Sn₆ — соединением церия, рутения и олова. Его охладили почти до абсолютного нуля (меньше 1 кельвина). При такой температуре тепловое движение частиц практически исчезает. И тут произошло неожиданное: электроны начали отклоняться в магнитном поле… которого не было.

Классический эффект Холла (1879 год) требует внешнего магнитного поля. Здесь поле было нулевым, а отклонение — реальным. Это нарушало устоявшиеся представления.

Как это работает: спонтанный эффект Холла

Весь фокус — в квантовой критичности. Материал оказался в пограничном состоянии между двумя фазами. В этой точке электроны перестают вести себя как отдельные частицы с чёткими энергиями. Они коллективно «дрожат» — возникают интенсивные квантовые флуктуации.

Именно эти флуктуации порождают спонтанный эффект Холла. Ток отклоняется без внешнего поля — за счёт внутренней топологии материала. Раньше считалось, что для топологических эффектов нужна частицеподобная природа электронов. Оказалось — нет.

Пошаговый механизм:

• Кристалл охлаждают до сверхнизких температур — тепловые шумы уходят.
• Система входит в режим квантовой критичности — «качается» между двумя фазами.
• Электроны теряют индивидуальные траектории, становятся «размытыми».
• Возникают гигантские квантовые флуктуации — они изменяют топологию энергетических зон.
• Появляется спонтанное холловское напряжение — без магнитного поля.

Теоретическую модель разработал Лэй Чен из группы профессора Цимяо Си в Университете Райса. Расчёты идеально совпали с экспериментом. Это не подгонка — это подтверждение.

Почему это важно: от фундаментальной науки к практической пользе

Открытие — не просто галочка в списке академических курьёзов. Оно открывает дорогу к принципиально новым материалам. Например, к бездиссипативной электронике — когда ток течёт без потерь, но не за счёт сверхпроводимости, а за счёт топологии.

Сравним разные типы эффекта Холла:

Для индустрии это означает: можно создавать датчики магнитного поля без самого поля, энергонезависимую память нового типа, кубиты с большей стабильностью. Но пока — только при криогенных температурах. Поднять рабочую температуру — главная инженерная задача на ближайшие годы.

Личное наблюдение: недавно я обсуждал это открытие с коллегой из лаборатории квантовых материалов. Его реакция: «Если они смогут стабилизировать это состояние при 10 кельвинах — перевернут всю электронику». Пока 10 К — это всё ещё жидкий гелий, но прогресс идёт.

Что тормозит внедрение и почему это всё равно прорыв

Главная проблема — температура. Эффект исчезает при малейшем нагреве, давлении или магнитном поле. Учёные из TU Wien специально проверили: подали поле — сигнал пропал. Включили давление — то же самое. Состояние крайне хрупкое.

Но именно эта «хрупкость» и даёт надежду. В квантовых системах чем сильнее флуктуации, тем больше возможностей для управления. Если научиться «ловить» этот режим в более тёплых условиях, откроется путь к устройствам на топологических принципах.

Кстати, само соединение CeRu₄Sn₆ — не единственный кандидат. Уже сейчас параллельно исследуют другие интерметаллиды с похожей электронной структурой. Работа 2026 года — это флагман, но не финиш.

Резюме от автора

Обнаруженное состояние — не случайность, а логичное следствие многолетней гонки за квантовой критичностью. То, что раньше было математической абстракцией, стало экспериментальным фактом. Теперь очередь за материаловедами: искать составы, где эта «невозможная» фаза живёт при более высоких температурах. Если найдут — получим новый класс электронных компонентов. Если нет — хотя бы точнее поймём, как устроен квантовый мир.