W laboratorium, w temperaturach bliskich zeru absolutnemu, elektrony w krysztale CeRu₄Sn₆ zachowują się tak, jakby ignorowały wszystkie dotychczasowe reguły. Międzynarodowy zespół badaczy zaobserwował tam topologiczną fazę półmetaliczną — stan, który dotąd uważano za niezgodny z reżimem krytyczności kwantowej.
Krytyczność kwantowa pojawia się, gdy materiał znajduje się na granicy przejścia fazowego. Zamiast zwykłych cząstek elektrony opisuje się zbiorowymi fluktuacjami, przypominającymi wzburzone morze fal. Wcześniej sądzono, że w takim „morzu” stabilna struktura topologiczna stanów elektronowych po prostu nie przetrwa.
Eksperyment obalił to wyobrażenie. Naukowcy ochłodzili próbkę CeRu₄Sn₆ niemal do zera i przepuścili przez nią prąd. Bez żadnego zewnętrznego pola magnetycznego pojawił się anomalny efekt Halla — odchylenie nośników ładunku w bok. Efekt ten stanowi bezpośredni dowód topologicznej natury stanu.
Fizyk Qimiao Si z Uniwersytetu Rice’a zauważył, że silne fluktuacje kwantowe nie niszczą topologii, lecz wręcz pomagają jej się uformować i utrwalić. Maksymalną odpowiedź topologiczną zaobserwowano właśnie tam, gdzie niestabilność elektronów była największa.
Odkrycie otwiera drogę do nowych materiałów łączących wrażliwość na oddziaływania zewnętrzne z trwałością właściwości kwantowych. Takie związki mogą się przydać w komputerach kwantowych, precyzyjnych czujnikach i energooszczędnej elektronice.
Badacze sprawdzają teraz, czy podobna faza występuje w innych związkach.
