Учёные впервые напрямую зафиксировали необычное квантовое состояние, возникающее на границе одноатомного слоя и металлической поверхности. Исследование провела команда под руководством Университета Осаки. Результаты показывают, что взаимодействие электронов в разных материалах может приводить к формированию тяжёлых фермионов.
Так называют состояния, в которых из-за сильного взаимодействия электроны ведут себя так, будто обладают необычно большой эффективной массой. Подобные системы связывают с редкими квантовыми явлениями, включая нетрадиционную сверхпроводимость. В ней электрический ток проходит без сопротивления по механизму, отличающемуся от процессов в обычных сверхпроводниках.
Для эксперимента исследователи сформировали высококачественный слой иттербия и меди толщиной в один атом — YbCu₂. Его разместили на поверхности медного кристалла, после чего изучили электронную структуру полученной системы с помощью интенсивного синхротронного излучения. Такой подход позволил рассмотреть процессы, происходящие непосредственно на границе двух материалов.
Измерения выявили два самостоятельных тяжёлых фермионных состояния. Первое в основном находилось внутри двумерного слоя YbCu₂, а второе распространялось в трёхмерную медную подложку. Второе состояние возникло благодаря гибридизации — взаимодействию локализованных электронов иттербия на орбиталях 4f с подвижными электронами проводимости металла.
Полученные данные стали первым прямым экспериментальным подтверждением появления тяжёлого фермионного состояния за счёт электронного взаимодействия на подобной границе. Учёные считают, что этот результат позволит целенаправленно создавать и контролировать состояния с тяжёлыми электронами. Для этого можно подбирать сочетания атомных слоёв и подложек, изменять их структуру, участвующие электронные орбитали и узоры Муаре, возникающие при наложении кристаллических решёток.
«Этого достижения удалось добиться благодаря нашим постоянным усилиям по созданию высококачественных материалов и максимально точному измерению их электронных состояний», — сказал старший автор работы профессор Синъити Кимура. По его словам, следующей задачей станет управление такими состояниями, что может открыть путь к ранее не изученным квантовым явлениям, включая нетрадиционную сверхпроводимость. Исследование опубликовано 6 октября 2026 года в журнале Communications Materials; финансирование предоставило Японское общество содействия развитию науки.