Металл — это море электронов, которые движутся почти свободно, сталкиваясь лишь изредка. Но в некоторых материалах это море вдруг становится вязким и непредсказуемым: электроны перестают вести себя как независимые частицы. Физики называют такое состояние «не ферми-жидкостным», и оно до сих пор остаётся загадкой.

В новой работе учёные нашли неожиданного виновника — колебания кристаллической решётки, которые действуют на электрический ток, а не на плотность заряда. Эти колебания похожи на волны в толпе: если люди качаются в такт, то могут увлечь за собой соседей. Но есть особый режим, когда волна затухает слишком быстро — как если бы толпа гасила собственное движение трением. Такие «переувлажнённые» фононы (кванты колебаний) способны радикально изменить поведение электронов.

Авторы рассчитали, как электроны взаимодействуют с такими фононами в двумерных материалах, например в скрученном графене. Оказалось, что в зависимости от знака орбитальной восприимчивости (величины, описывающей отклик электронов на магнитное поле) поведение меняется кардинально. Если восприимчивость положительна, то обычное ферми-жидкостное поведение сохраняется лишь в очень узком диапазоне энергий, а затем сменяется необычным. Если же она отрицательна, то уже при самых низких энергиях электроны ведут себя как «маргинальная ферми-жидкость» — состояние, впервые предложенное для высокотемпературных сверхпроводников.

Это открытие важно потому, что оно не требует экзотических условий вроде близости к квантовой критической точке. Достаточно обычных деформаций решётки, которые создают нужные фононы. Значит, подобное поведение может встречаться во многих материалах, а не только в редких образцах.