絶対零度に近い実験室温度で、CeRu₄Sn₆結晶中の電子はあたかも従来のあらゆる規則を無視するかのように振る舞う。国際研究チームはそこでトポロジカル半金属相を記録した。この状態はこれまで量子臨界状態と両立しないと考えられてきた。
量子臨界性は、物質が相転移の境界にあるときに生じる。電子は通常の粒子としてではなく、荒れ狂う波の海のような集団的ゆらぎとして記述される。これまで、そのような「海」の中では、電子状態の安定したトポロジカル構造はとても生き残れないと考えられていた。
実験はこの見方を覆した。科学者たちはCeRu₄Sn₆の試料をほぼゼロまで冷却し、そこに電流を流した。外部磁場がまったくない状態で異常ホール効果——電荷担体が片側へ偏る現象——が生じた。この効果は、この状態のトポロジカルな性質を直接証明するものである。
ライス大学の物理学者キミアオ・シーは次のように指摘した。強い量子ゆらぎはトポロジーを破壊するのではなく、むしろその形成と定着を助ける。最大のトポロジカル応答は、まさに電子の不安定性が最も高いところで観測された。
この発見は、外部からの作用への感受性と量子特性の安定性を兼ね備えた新材料への道を開く。こうした化合物は、量子コンピュータや精密センサー、省エネ型エレクトロニクスに役立つ可能性がある。
研究者たちは現在、同様の相が他の化合物にも見られるかどうかを検証している。
