Деякі з найбільших відкриттів в історії спочатку здавалися такими, що не мають жодного практичного застосування. Коли науковці створили перші робочі лазери через кілька десятиліть після того, як Альберт Ейнштейн у 1917 році сформулював теорію стимульованого випромінювання, мало хто розумів, де їх можна буде використати. Тепер же, звісно, значна частина технологічного світу на них тримається.
І справа не обмежується лазерами. Лу Лі з Університету Мічигану багато років досліджує дивну квантову поведінку в ізоляторі, відомому як борид ітербію (YbB₁₂), або «Kondo-ізолятор». У 2018 році Лі та його команда опублікували в журналі Science роботу про дивне явище в YbB₁₂: хоча його поверхня поводиться як провідник, внутрішня частина є ізолятором — але команда знайшла докази квантових осциляцій у товщі матеріалу. Це узгоджувалося з попередніми дослідженнями, проведеними роками раніше вченими з Кембриджського університету.
«Цей результат підтверджує, що Kondo-ізолятори мають дуальну природу — вони одночасно є електричними ізоляторами та ітерентними металами», — сказав тоді Лі в коментарі для Physics World. «Ця дуальність є несподіваним наслідком сильних кореляцій між електронами в матеріалі».
Минуло сім років, і Лі з командою зібрали ще більше доказів цієї вражаючої квантової поведінки у новому дослідженні, опублікованому в журналі Physical Review Letters. Працюючи в найпотужнішій магнітній лабораторії світу — Національній лабораторії магнітних полів у Таллахассі, штат Флорида — Лі прагнув підтвердити, що ці осциляції справді виникають у товщі ізолятора і є властивими самому матеріалу.
«Наукова спільнота досі не досягла консенсусу щодо фундаментальних питань про квантові осциляції; дискусії тривають щодо того, чи походять вони з поверхні, чи з товщі матеріалу, і чи є вони внутрішніми чи зовнішніми», — пишуть автори. «Критично важливо отримати прямі термодинамічні докази, щоб визначити, чи походять теплові властивості з того самого квазічастинкового рівня, що й квантові осциляції».
Хоча дослідження підтверджує, що квантові осциляції мають внутрішнє походження з товщі матеріалу, автори зазначають, що така поведінка з’являється лише за магнітних полів приблизно 35 Тесла. Для порівняння: у звичайному МРТ-апараті використовується поле близько однієї тесла. Втім, Лі визнає, що поки не має чіткого уявлення про те, куди це відкриття приведе галузь. Топологічні ізолятори — матеріали, які проводять струм на поверхні, але залишаються ізоляторами всередині — вже відкрили шлях до нових квантових технологій, але матеріал, у якому квантові осциляції виникають саме в товщі, досі залишається загадкою.
«Хотів би я знати, що з цим робити, але на цьому етапі ми справді не маємо уявлення», — сказав Лі у пресрелізі. «Зараз у нас є експериментальні докази дивовижного явища — ми його зафіксували і, сподіваюся, з часом зрозуміємо, як його можна застосувати».
Якщо історія з відкриттям і створенням лазера може служити прикладом, це усвідомлення одного дня може мати колосальні наслідки для технологій майбутнього.