Ученые изучили теплопроводность полуметалла пентателлурида циркония (ZrTe₅) в условиях низких температур и сильных магнитных полей. Они обнаружили, что в этих условиях возникают необычные тепловые колебания, что противоречит мнению о том, что в полуметаллах теплопроводность определяется фононами, а не квантовыми эффектами.
ZrTe₅ является топологическим полуметаллом с уникальной электронной структурой, что делает его перспективным для квантовых технологий и высокоточной электроники. Исследование показало, что в сильных магнитных полях энергии электронов ограничиваются дискретными энергетическими уровнями, что усиливает взаимодействие между электронами и фононами. Это приводит к тому, что фононы начинают проявлять квантовые колебания, влияя на теплопроводность.
Эксперименты подтвердили наличие тепловых квантовых колебаний в ZrTe₅, что открывает новые возможности для изучения квантовых эффектов в полуметаллах с низкой плотностью носителей заряда, таких как графен и висмут. Это открытие может помочь в разработке новых технологий и материалов для квантовых компьютеров.
Художественная визуализация кристаллического стержня из полуметалла ZrTe5. Существует градиент тепла от одного конца к другому. В его центре гигантские колебания его теплопроводности переключаются магнитным полем. Фото: Б. Шредер/HZDR.
Дополнительная информация: Baptiste Bermond et al, Giant quantum oscillations in thermal transport in low-density metals via electron absorption of phonons, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2408546122
Источник: Quantum heat dynamics toggled by magnetic fields in semimetal ZrTe₅