Поверхность кристалла похожа на сцену, на которой должны разыгрываться квантовые эффекты. В материале MnBi2Te4, который относят к магнитным топологическим изоляторам, по поверхности должны бежать особые электронные состояния, а магнитный порядок открывает у них энергетическую щель — запрещённую зону, которая делает транспорт квантованным. Но в реальных образцах спектакль не начинается: щель почти исчезает, и эффект виден лишь при температурах ниже одного кельвина.

Виновниками оказываются дефекты, в которых атомы марганца и висмута меняются местами в кристаллической решётке. Такая перестановка понижает электрический потенциал у поверхности, и топологические состояния, словно актёры, которых согнали со сцены, уходят вглубь кристалла. Там магнитное влияние слабее, щель закрывается, и квантовый аномальный эффект Холла пропадает.

Авторы работы предложили вернуть актёров под свет прожекторов. Если приложить внешнее электрическое поле, потенциал поверхности поднимается, и состояния выныривают обратно. Расчёты показывают, что поле с потенциалом всего 0,1 вольта восстанавливает щель до 11–24 миллиэлектронвольт, в зависимости от того, как поле распределено в пространстве.

Самое интересное, что направление поля работает как переключатель. Меняя знак, можно перевести систему из состояния аксионного изолятора, где холловская проводимость равна нулю, в состояние черновского изолятора с квантованным значением e²/h. Это значит, что без всякого магнитного поля, одним лишь электрическим воздействием, можно управлять квантованным транспортом.

Так сцена, с которой актёров согнали дефекты, снова оживает. Электрическое поле возвращает состояния на поверхность, открывает магнитную щель и даёт инженерам инструмент для будущих топологических транзисторов и элементов памяти.