Возьмём два тонких листа полупроводника. Один пропитан свободными электронами — как переполненное кафе, где каждый столик занят. Второй, наоборот, полон пустых мест — «дырок», которые жаждут заполниться. Когда эти листы сближают, между ними проскакивает искра притяжения: электроны и дырки начинают ощущать друг друга через тонкий зазор. Они образуют пары — экситоны (связанные состояния электрона и дырки) — и эти пары, словно танцоры в общем ритме, сливаются в единое квантовое состояние, называемое экситонным конденсатом.

Долгое время считалось, что если каждый слой сам по себе не обладает особой «закрученностью» (тривиальной квантовой геометрией), то и конденсат будет простым. Авторы новой работы показали обратное. Оказалось, сам факт спаривания электронов и дырок рождает скрытую геометрию — так называемую фазу Берри (набег фазы волновой функции при обходе в импульсном пространстве). Эта геометрия не видна в отдельных слоях, но проявляется, когда на конденсат действуют переменным электрическим полем.

Эффект напоминает неожиданный механический отклик: вы дёргаете сэндвич из двух слоёв в горизонтальной плоскости, а он вдруг начинает смещаться вверх-вниз. Именно такой неожиданный отклик — поляризация в перпендикулярном направлении — выдали расчёты. Причём сила этого смещения оказалась обратно пропорциональна квадрату параметра порядка конденсата: чем слабее конденсат, тем сильнее эффект. Это похоже на рычаг, где малейшее усилие на одном конце даёт мощный толчок на другом.

Такой скрытый эффект фазы Берри, порождённый электрон-дырочными корреляциями, превращает двумерный конденсат в площадку для богатой нелинейной физики. Здесь могут рождаться высокие гармоники, параметрическое усиление и другие явления, которые раньше искали в сложных кристаллах. А теперь — в простом бутерброде из двух легированных слоёв.