Когда вы нажимаете выключатель, свет загорается не сразу — электронам в проводах нужно время, чтобы «раскачаться» и дружно двинуться в путь. В обычных металлах и полупроводниках ток набирает силу постепенно, как вода в шланге, когда кран только открыли. Но в материалах, которые называют квантово-геометрическими полуметаллами, всё иначе: поле приложили — и электроны понеслись, будто по команде «марш!» без разбега. Секрет кроется в том, как устроены их энергетические зоны: в точках касания зон электроны разных «сортов» сильно перемешаны, и малейший толчок извне мгновенно превращает это смешение в направленный поток.
Авторы работы показали, что такой мгновенный отклик не просто теоретический курьёз. Они смоделировали, как полуметаллическая плёнка ведёт себя под серией коротких лазерных импульсов, — и ток исправно включался и выключался, следуя за светом почти без задержки. Для сравнения взяли графен, медь и кремний: во всех случаях ток «запрягал» дольше, а его включение и выключение смазывалось. В квантово-геометрических полуметаллах фронт сигнала получается резким, как удар барабанной палочки.
Среди кандидатов на роль такого материала — двуслойный графен, скрученный под определённым углом, циклический графен, а также одноатомные слои висмута и соединение V3F8. Расчёты из первых принципов подтверждают: в них эффект должен наблюдаться при напряжениях, сравнимых с теми, что используются в современных чипах. Если перенести это из лабораторных лазерных установок в серийные транзисторы, электроника сможет переключаться на порядки быстрее, почти не греясь.
Так привычная нам задержка между нажатием кнопки и откликом прибора может исчезнуть — по крайней мере, внутри самого устройства. Вместо постепенного разбега электроны будут срываться с места, как спринтеры, услышавшие стартовый пистолет.
В висмуте, который использовали ещё алхимики, электроны ведут себя так, будто у них нет массы, — и это помогает току появляться почти мгновенно.
В романе «Ложная слепота» Питера Уоттса инопланетные корабли реагируют на угрозу без малейшей задержки — похоже на то, как могли бы работать схемы на таких полуметаллах.