في المختبر، وعند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق، تتصرف الإلكترونات في بلورة CeRu₄Sn₆ وكأنها تتجاهل كل القواعد السابقة. وقد رصد فريق دولي من الباحثين هناك طورًا نصف معدني طوبولوجي — وهي حالة كان يُعتقد حتى الآن أنها غير متوافقة مع نظام الحرجية الكمومية.
تنشأ الحرجية الكمومية عندما تكون المادة على حدّ انتقال طوري. فبدلًا من الجسيمات المعتادة، تُوصف الإلكترونات بتقلبات جماعية تشبه بحرًا هائجًا من الأمواج. وكان يُظنّ سابقًا أن بنية طوبولوجية مستقرة لحالات الإلكترونات لن تصمد ببساطة في مثل هذا «البحر».
وقد دحضت التجربة هذا التصور. فقد برّد العلماء عيّنة CeRu₄Sn₆ حتى ما يقارب الصفر ومرّروا تيارًا كهربائيًا عبرها. ومن دون أي مجال مغناطيسي خارجي نشأ تأثير هول شاذ — انحراف حاملات الشحنة إلى الجانب. ويُعدّ هذا التأثير دليلًا مباشرًا على الطبيعة الطوبولوجية للحالة.
وأشار الفيزيائي كيمياو شي من جامعة رايس إلى أن التقلبات الكمومية القوية لا تدمّر الطوبولوجيا، بل على العكس تساعدها على التشكّل والترسّخ. وقد لوحظت أقصى استجابة طوبولوجية تحديدًا حيث كانت عدم استقرارية الإلكترونات في أعلى مستوياتها.
ويفتح هذا الاكتشاف الطريق أمام مواد جديدة تجمع بين الحساسية للمؤثرات الخارجية وثبات الخصائص الكمومية. وقد تكون لمثل هذه المركبات فائدة في الحواسيب الكمومية وأجهزة الاستشعار عالية الدقة والإلكترونيات الموفرة للطاقة.
ويتحقق الباحثون الآن مما إذا كان طور مماثل يظهر في مركبات أخرى.
