Электроны в твёрдом теле обычно либо свободно бегают (металл), либо заперты на месте (изолятор). Но иногда сильное взаимное отталкивание запирает их в половинчатом состоянии: заряды стоят, а спины — маленькие магнитные стрелки — продолжают жить своей жизнью. Это называют моттовским изолятором.

Авторы новой работы построили одномерную цепочку атомов двух сортов — A и B. На узлах A сидит неподвижный электрон, который сильно отталкивает соседей. На узлах B электроны подвижны. После математической проекции получилась решётка только из узлов B, но с необычным взаимодействием: электроны чувствуют друг друга на расстоянии, заданном особым импульсным масштабом k*. Добавив антиферромагнитное взаимодействие J между спинами соседей, учёные обнаружили фазу моттовского полуметалла.

Численные расчёты методом точной диагонализации и ренормализационной группы показали: основное состояние имеет центральный заряд c=3 — это число характеризует типы коллективных движений. При нарушении симметрии частица-дырка полуметалл плавно превращается в изолятор, причём поляризация скачком меняется ровно на 1/2. Такой скачок — чёткий признак топологического перехода.

Работа даёт первый надёжный пример моттовского полуметалла в основном состоянии. Это шаг к пониманию того, как из простых ингредиентов — отталкивания, обменного взаимодействия и симметрий — рождаются экзотические фазы с дроблением заряда и спина.