Некоторые материалы при экстремальных условиях — сильное магнитное поле и температуры, близкие к абсолютному нулю, — ведут себя парадоксально: их внутренний объём становится изолятором, переставая проводить электрический ток, но вдоль границы образца возникает односторонний поток электронов. Это квантовый эффект Холла, открытый Клаусом фон Клитцингом в 1980 году и отмеченный Нобелевской премией. Представьте реку, которая течёт только по берегу, никогда не разливаясь вглубь суши и не меняя направления — так и краевой ток бежит по периметру, словно по руслу.

Физики взяли материал MnBi2Te4, охладили его почти до абсолютного нуля и поместили в сильное магнитное поле, чтобы инициировать этот краевой ток. Затем с помощью атомно-силового микроскопа — инструмента, способного манипулировать веществом с атомной точностью, — они прорезали поперёк образца щель шириной в несколько десятков нанометров. Для обычного электрического тока это стало бы непреодолимой преградой, но квантовая «река» обогнула препятствие без потери скорости. При этом не выделялось тепла: электроны двигались без единого столкновения с атомами решётки.

Измерения методами спектроскопии подтвердили: сопротивление осталось равным 25 812,807 Ом — точно таким же, как у целого, неповреждённого образца. Секрет такой стойкости — топологическая защита: геометрия электронных состояний запрещает им рассеиваться на дефектах, сохраняя низкой энтропию системы. Это как если бы река обтекала камень не благодаря силе течения, а потому что сама форма русла не допускает завихрений. С 1990 года квантовый эффект Холла служит первичным эталоном электрического сопротивления, заменив физические меры, которые со временем могли изменяться. Его значение воспроизводится с точностью до миллиардных долей и не зависит от механических повреждений. Такая стойкость углубляет стандартную модель физики, демонстрируя фундаментальные пределы проводимости, и обещает создание сверхнадёжных электронных цепей, где сигналы, подобно воде в реке, обходят любые преграды. Подобные материалы могут лечь в основу электроники, нечувствительной к дефектам и помехам.