Танцоры держатся за руки и движутся в идеальной синхронности. В экситонном изоляторе электроны и дырки образуют связанные пары, которые конденсируются в единое квантовое состояние — как партнёры в танце, которые не сбиваются ни на шаг. Но что происходит, если один из них спотыкается? Исследователи изучили кристалл Ta2Pd3Te5, в котором отдельные атомы теллура отсутствуют — это вакансии, своего рода ямы на танцполе. С помощью сканирующей туннельной микроскопии они увидели, что каждая вакансия создаёт внутри энергетической щели пару спектральных пиков. Эти пики — след разорванной пары: электрон и дырка, которые больше не могут танцевать вместе.
Энергия этих пиков зависит от того, как именно расположен дефект, и её можно плавно менять электрическим полем от иглы микроскопа. Это похоже на то, как натяжение струны меняет её тон: чем сильнее поле, тем выше энергия состояний. Картирование показало, что компоненты пары по-разному распределены в пространстве и связаны электронно. В областях, где электронов и дырок сильно не поровну, появляется вторая пара состояний с ещё меньшей энергией — как будто танец ломается дважды, двумя разными способами.
Эти наблюдения — первый атомный «отпечаток» локального разрушения экситонного спаривания. Понимание того, как пары ломаются, критически важно для управления квантовыми фазами вещества и, возможно, для будущих устройств, работающих на экситонных конденсатах.
Экситонный изолятор был предсказан теоретически ещё в 1960-х, но только в последние годы его удалось наблюдать экспериментально благодаря совершенствованию сканирующей туннельной микроскопии.