Когда электроны сжимаются в точку экспресс
В кристалле HfTe5 электроны ведут себя почти как свет: их масса так мала, что они подчиняются законам относительности. Если поместить такой кристалл в сильное магнитное поле, электроны начинают кружиться по маленьким орбитам. Их энергия при этом меняется не плавно, а ступеньками — как этажи в доме. При слабом поле виден один узор этих ступенек, а при сильном — другой, с особым ритмом.
Переход между этими узорами напоминает смену музыки: сначала ровный метроном, потом ритм, где каждый следующий удар запаздывает в одинаковое число раз. Такой ритм — признак того, что в материале появляются состояния, похожие на электрон, падающий на очень тяжёлое ядро. В обычных атомах такого не бывает, а здесь примесь с большим зарядом создаёт условия для «схлопывания».
Но самое интересное — что этот процесс зависит от плотности электронов в кристалле. Меняя её, можно управлять тем, насколько сильно вакуум «съедает» заряд примеси. Это значит, что твёрдое тело работает как маленькая лаборатория для проверки идей о том, как устроен вакуум вблизи сверхтяжёлых ядер. И всё это — при температурах, доступных в обычной лаборатории.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2604.02630
Dirac materials have been a unique solid state platform for exploring relativistic quantum phenomena including supercritical atomic collapse, which leads to emergent discrete scale symmetry and logperiodic quantum oscillations. In the relativistic regime, the fundamental effect in quantum electrodynamics, vacuum polarization, can further modulate the atomic collapselike state by screening bare charges but is rarely harnessed in condensed matter system. Here, we report a continuous progression from low field Shubnikov de Haas oscillations to high field log periodic oscillations in the Dirac material HfTe5, with both phenomena modulated by Fermi surface anisotropy. This maps the transition from single particle Landau levels to an interaction-driven, discrete scale invariant energy spectrum of quasi-bound states. Crucially, our findings suggest vacuum polarization provides a compelling mechanism for renormalizing the effective impurity charge, quantitatively explaining the carrier-density dependent scale factor. By revealing the intricate interplay between Landau quantization, many body electronic screening, and scale-symmetry breaking, our results establish Dirac solids as a controllable platform for exploring relativistic vacuum effects and emergent novel symmetry.
Логопериодические колебания — редкий гость в физике твёрдого тела. Они возникают, когда система обладает дискретной масштабной симметрией: если изменить масштаб в определённое число раз, картина не изменится. Такое поведение встречается, например, в турбулентности и в финансах.
В романе «Солярис» Станислава Лема океан демонстрирует структуры, повторяющие сами себя в разных масштабах — это напоминает дискретную масштабную симметрию, которую видят в HfTe5.