При квантовом эффекте Холлав продольном направлении электрическое сопротивление, как известно, равно нулю. Вот только явление требует сильного магнитного поля и сверхнизких температур. Правда, японские учёные изИнститута физико-химических исследований RIKENи Токийского университетаполагают, что это не совсем так, по крайней мере в отношении магнитного поля.

Ещё раз: это не сверхпроводимость и даже не настоящее нулевое сопротивление. И тем не менее значение сопротивления в продольном направлении действительно предельно близко к нулю — во всяком случае в проведённых до сего времени экспериментах.

Ключом к успеху японских исследователей стали материалы, относящиеся к магнитным топологическим изоляторам. В целом (в глубине образца) они действительно являются изоляторами, но на их поверхности электрическое сопротивление при определённых условиях отсутствует.

Состояние, наблюдаемое на поверхности такого трёхмерного топологического изолятора, считается одним из типов двумерного электронного газа, где спин электрона связан с импульсом, то есть зависит от собственного движения электрона. Одна из интереснейших особенностей подобных материалов заключается в следующем: предположительно, в них нарушается симметрия времени — правда, только в отношении эффектов внутри изолятора.

На практике квантовый эффект Холла был продемонстрирован в 1980-х, и именно он считается теоретической базой процесса протекания электричества без диссипации (рассеивания). Обычно он требует магнитного поля, примерно в 100 тыс. превышающего среднее магнитное поле Земли. Чтобы снять это ограничение, исследователи использовали экзотический тип полупроводника, который, по их расчётам, должен был продемонстрировать способность к аномальному квантовому эффекту Холла, обусловленному скорее внутренним магнетизмом полупроводника, нежели внешним магнитным полем. По мнению учёных, его причиной в полупроводниках является взаимодействие магнитных ионов сфермионами Дирака, переносящими заряд в топологическом изоляторе и примечательными тем, что они ведут себя как частицы с нулевой массой.

В своей работе японцы использовали расщеплённый одиночный кристалл допированного марганцем Bi

Источник