Квантовый эффект Холла — явление, при котором проводимость двумерного электронного газа квантуется в сильном магнитном поле, — долгое время подозревали в сверхтекучести: способности течь без трения, без диссипации энергии. Представьте повара, который готовит строго по рецепту: на каждую единицу магнитного потока он обязан положить ровно определённое число электронов — фундаментальных носителей заряда. В этой аналогии электроны объединяются с квантами магнитного поля в пары — композитные фермионы, — которые затем сливаются в общее квантовое облако и текут без сопротивления, подобно сверхтекучему гелию.
В эксперименте использовали кольцевой контакт и переменное магнитное поле. Точные замеры методом, близким к спектроскопии, выявили: когда поле менялось, система втягивала ровно столько электронов, сколько нужно для сохранения топологической пропорции — отношения числа частиц к числу квантов потока.
Накопление шло равномерно по всему объёму, а не только по краям образца. Значит, в переносе участвует вся «команда» частиц — объёмная сверхтекучая фаза, а не отдельные краевые токи, характерные для обычного квантового эффекта Холла.
Это доказывает сверхтекучую природу: вещество действует как единое квантовое целое, не рассеивая энергию. Более того, учёные увидели, как система экранирует внешние возмущения, управляя тепловым хаосом — энтропией, мерой беспорядка, — словно повар не только соблюдает рецепт, но и следит, чтобы на кухне не было беспорядка, поддерживая глобальный квантовый порядок.
Самый неожиданный нюанс: этот поварской талант проявляется только в плоском, двумерном мире. Стоит добавить толщины — и идеальный рецепт рассыпается.
Такая самонастраивающаяся жидкость напоминает «умные» материалы из научной фантастики — например, из цикла «Культура» Иэна Бэнкса, где вещество само адаптируется к условиям.