Kvantové oscilace, které porušují pravidla fyziky: 'Je to bizarní'
Fyzici objevili kvantové oscilace uvnitř izolátoru – materiálu, který by se podle všech pravidel neměl chovat jako kov. Ale pod extrémním magnetickým polem se stalo něco, co by nemělo být možné.
Když Lu Li z Michiganské univerzity poprvé viděl výsledky experimentu, nevěřil vlastním očím. "Přál bych si, abych věděl, co s tím," přiznal tehdy otevřeně. Jeho tým právě objevil něco, co by podle všech učebnic fyziky nemělo existovat: izolátorový materiál, který se pod magnetickým polem začal chovat jako kov. Ne jen na povrchu – celý jeho objem, každý atom, jakoby náhle změnil svou podstatu. Vědci to nazývají "novou dualitou" ve fyzice, ale ve skutečnosti jde o fenomén, který otřásá základy našeho chápání kvantového světa.
Experiment byl technicky extrémně náročný. Tým vystavil sloučeninu ytterbia a bóru (YbB12) magnetickému poli o síle 35 tesla – to je 35krát silnější než pole v nemocničním MRI přístroji. Za normálních okolností by izolátorový materiál neměl na takové pole nijak reagovat. Izolátory nepropouští elektrický proud, nemají volné elektrony, které by mohly vytvářet kvantové oscilace charakteristické pro kovy. Ale právě to se stalo. Materiál začal vykazovat periodické oscilace v hustotě elektronových stavů – typický projev kovového chování. A co bylo ještě podivnější: tyto oscilace nepocházely jen z povrchové vrstvy, jak by se dalo očekávat, ale z celého objemu materiálu.
"Jsme nadšeni, že můžeme poskytnout jasný důkaz, že jde o objemový a vnitřní jev," řekl Kuan-Wen Chen, výzkumník, který vedl měření. Tým použil sofistikované techniky pro rozlišení signálů z povrchu a z nitra materiálu. Výsledek byl jednoznačný: celá sloučenina se chovala jako kov, i když zůstala izolátorem. Je to jako kdyby led začal hořet, aniž by přestal být ledem. Fyzikové to popisují jako existenci dvou vzájemně si odporujících stavů ve stejném materiálu současně – fenomén, který nemá v klasické fyzice obdoby.
Co tento objev znamená pro budoucnost? Zatím to nikdo neví přesně. Li a jeho kolegové stále nemohou identifikovat, jaké neutrální částice způsobují tento podivný jev. Víme jen, že nejde o běžné elektrony. Možná jde o kvazičástice – emergentní entity vznikající kolektivním chováním mnoha elektronů najednou. Možná jde o úplně nový typ kvantového stavu hmoty. Jedna věc je ale jistá: tento objev otevírá novou kapitolu ve fyzice kondenzovaných látek. Materiály, které mohou být současně kovy i izolátory, by mohly revolucionizovat elektroniku, umožnit kvantové počítače nové generace nebo vést k technologiím, které si dnes nedokážeme ani představit. Jak Li říká: "Je to celá sloučenina, která se chová jako kov, i když je izolátorem." A právě v této paradoxní větě se možná skrývá budoucnost technologie.