Кристалл — как город: если улицы кривые, движение застревает. В кристалле роль улиц играют атомные ряды, а движение — это поток электронов. Малейшая неровность, примесь или смещение атома заставляет электроны рассеиваться. Учёные из нескольких лабораторий научились выращивать кристаллы так, что «улицы» стали почти идеально прямыми.

Метод называется горизонтальный перенос вещества. Вещество медленно переносится вдоль поверхности, и атомы успевают занять правильные места. Раньше так уже выращивали некоторые кристаллы, но для WTe2 — соединения вольфрама и теллура — метод довели до совершенства. В результате беспорядок уменьшился в десять раз. Это как если бы из тысячи кирпичей только один лежал криво.

Что это дало? Во-первых, при охлаждении до нескольких кельвинов (минус 270 градусов Цельсия) сопротивление кристалла меняется в магнитном поле сильнее, чем у любого другого металла. Во-вторых, если от такого кристалла отщепить слой толщиной в один атом, в нём впервые удалось увидеть квантовые осцилляции — периодические колебания сопротивления, которые раскрывают внутреннюю структуру электронных состояний. И наконец, приложив электрическое поле, этот одноатомный слой удалось перевести в сверхпроводящее состояние при температуре почти 1,8 К. Для такого материала это рекорд.

Почему это важно? Чем чище кристалл, тем точнее можно управлять его свойствами. WTe2 — топологический полуметалл: у него есть особые электронные состояния, защищённые от рассеяния. Такие материалы рассматривают для будущей электроники, где информация кодируется не зарядом, а квантовым состоянием. Чистые кристаллы — как новые, ровные дороги для таких технологий.

Метод горизонтального переноса применим и к другим соединениям. Если он сработает так же хорошо, как с WTe2, появятся сверхчистые кристаллы для множества задач — от квантовых компьютеров до датчиков магнитного поля. А начиналось всё с того, что кто-то решил: пусть атомы укладываются медленно и аккуратно, как кирпичи в руках каменщика, а не как попало.