Araştırmacılar, aynı anda hem iletken hem de yalıtkan davranış sergileyen yeni bir malzeme keşfettiler. Bu malzeme, yeni bir yalıtkan hâli işaret ediyor olabilir.

Araştırmacıların keşfettikleri malzeme, bazı ölçümlerde yalıtkan özelliğe sahipken, eş zamanlı olarak da iletken madde özelliği gösteriyor.  Yalıtkan durumda elektronlar bir bölgede toplanırken, iletken durumda bu elektronların akışı serbest şekilde gerçekleşiyor.

Metaller gibi iletken maddeler elektriği iletme kabiliyetine sahiplerken, plastik ya da cam gibi yalıtkan maddeler elektrik akışını etkisiz duruma getirirler ya da engellerler.  University of Cambridge öncülüğünde araştırmacılar materyal üzerindeki elektron akışının üzerine çalışma yürütürlerken, bir malzemede metal-yalıtkan özelliklerin aynı anda görülebilmesinin mümkün olduğunu buldular. Şimdiki convensiyonel metal kurallarıyla tamamen çelişen bu durum, çok düşük sıcaklıklarda mümkün olabiliyor.

Bilim insanları bu davranışa neyin sebep olduğunu henüz tam olarak bilemiyorlar. Fakat, yapılan tahminlere göre, bulunan malzeme ne iletken ne de yalıktan olan yeni bir potansiyel üçüncü fazı işaret ediyor olabilir.

Son zamanlarda keşfedilmiş, iletken ve yalıtkan özellik gösterebilen başka malzemeler de bulunuyor. Fakat, araştırmacıların bu özelliği gözlemlediği samarium hexaboride (SmB6) diğer malzemelerden farklı olarak sandviç benzeri bir yapıya sahip değil ve bundan dolayı diğer malzemelerden daha farklı yüzey davranışına sahip.

Araştırmacılardan Dr. Suchitra Sebastian’ın belirttiğine göre:

‘’ Tek bir malzemede ikili metal-yalıtkan davranışın olduğu keşfinin, onyıllardır metaller ve yalıtkanlar arasındaki temel ayrımla ilgili yaygın inanışı yerle bir etme potansiyeli var. ‘’

SmB6 ve  çeşitli diğer malzemeler hakkında daha fazla bilgi edinmek için, Sebastian ve çalışma arkadaşları, malzeme boyunca elektronların hareketi üzerinde çalışma yürüttüler. Elektronların orbitlerinin izledikleri geometrik yüzey, Fermi yüzeyi olarak bilinen yapının oluşmasına yol açıyor. Fermi yüzeyini bulmak amacıyla da, araştırmacılar, kuantum salınım ölçümlerini temel alan bir teknik kullandılar. Kuantum salınım ölçümleri sayesinde, malzemenin yüksek manyetik alan varlığında çeşitli özellikleri ölçülerek, malzemenin kesin parmak izi bulunabiliyor.

Kuantum salınımlarının gözlemlenebilmesi için, malzeme mümkün olabildiği en saf halinde olması gerekiyor. Bundan dolayı elektronların karşılacağı minimal kusurlar var.

Araştırmanın önemli deneyleri Florida Tallahassee’deki National High Magnetic Field Laboratory’de yürütüldü. SmB6, iletken ve yalıtkan davranışın tam sınırında bulunan ve Kondo yalıtkanları olarak adlandırılan bir materyal sınıfında bulunuyor. Konda yalıtkanları da, ağır fermiyon materyalleri olarak adlandırılan daha büyük bir materyal grubunda bulunuyor.  SmB6’da ‘f’ ve ‘d’ orbitalleri arasındaki korelasyonlar, yalıtkan davranışa sebep oluyor. Sebastian’a göre bu bir dikatomi. SmB6’nın yüksek elektrik direnci yalıtkan davranışa yol açıyor. Fakat, Sebastian’a göre gözlemledikleri Fermi yüzey iyi bir metale ait.

Yalnızca bu kadar da değil. Oldukça düşük sıcaklıklarda, 0 derece Kelvin yakınlarında(-273 derece santigrad), açıkça görünüyor ki SmB6 için kuantum salınımları convensiyonel metalin karakteristiklerini karşılamıyor. Öyle ki SmB6 durumunda, kuantum salınımlarının genliği çarpıcı bir şekilde sıcaklık azaldıkça artmaya devam ediyor, bu  convensiyonal metallerin kurallarını ihlal eden bir davranış.

Araştırmacılar bu özgün davranışın birçok sebebi olabileceğini düşünüyorlar: bu durum ne iletken ne de yalıktan olan yeni bir hale işaret ediyor olabilir ya da, iletkenlik ve yalıtkanlık arasında kararsızlık durumu söz konusu olabilir. Çünkü, SmB6 yalıtkan ve iletken davranış arasında çok küçük bir boşluğa sahip. Belki de, elektronlar bu boşluktan atlama kabiliyetine sahiptirler.