В кристалле рутилового ниобата атомы никеля сидят в кислородных клетках — октаэдрах. Иногда один из атомов теряет электрон, и заряд перескакивает на соседний атом, как эстафетная палочка. Но этот прыжок не случаен: его запускают колебания всей решётки.
С помощью нейтронного рассеяния спектроскопии физики зафиксировали такие волны с энергиями 21, 33 и 47 миллиэлектронвольт. Эти волны не стоят на месте, а распространяются по кристаллу — значит, заряд может прыгать далеко, а не только на соседний атом. Одновременно обнаружились слабые магнитные сигналы при 4 и 8 мэВ: они говорят о том, что спины атомов никеля взаимодействуют с этими колебаниями. Так возникает редкая связка «заряд — спин — колебание», которая и управляет прыжками.
Расчёты на основе машинного обучения подтвердили: решётка в этом материале слегка нестабильна, и именно эта нестабильность рождает локальные искажения — те самые «ямки», в которых заряд временно задерживается, а потом перескакивает дальше. Понимание такого механизма открывает путь к созданию материалов, где электрическими и магнитными свойствами можно управлять при комнатной температуре — без охлаждения до сверхнизких температур.
Рутиловый ниобат — один из немногих материалов, который одновременно является магнетиком и диэлектриком при комнатной температуре, поэтому его называют «комнатно-температурным магнитодиэлектриком».
В романе Артура Кларка «Конец детства» инопланетяне используют материалы, которые меняют свойства под воздействием внешних полей — отчасти похоже на управление прыжками заряда в таких оксидах.