В кристалле рутилового ниобата атомы никеля находятся в кислородных октаэдрах — клетках, образованных шестью атомами кислорода. Иногда один из атомов никеля теряет электрон, и заряд перескакивает на соседний атом, как эстафетная палочка. Но этот прыжок не случаен: его запускают колебания всей кристаллической решётки — фононы.

С помощью нейтронного рассеяния спектроскопии физики зафиксировали фононы с энергиями 21, 33 и 47 миллиэлектронвольт. Эти колебания не локализованы, а распространяются по кристаллу — значит, заряд может прыгать на большие расстояния, а не только на соседний атом. Одновременно обнаружились слабые магнитные сигналы при 4 и 8 мэВ: они указывают на взаимодействие спинов атомов никеля с этими колебаниями. Так возникает редкая связка «заряд — спин — колебание», которая и управляет прыжками заряда.

Расчёты на основе машинного обучения подтвердили: решётка в этом материале слегка нестабильна, и именно эта нестабильность порождает 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.