Tại phòng thí nghiệm của Đại học California ở Los Angeles, một axit amin thông thường bất ngờ giúp vật liệu lượng tử duy trì trạng thái trật tự đặc biệt của các electron ở nhiệt độ mà trước đây được coi là không thể đạt tới. Đó là tantali disulfide — một vật liệu gồm các lớp siêu mỏng chỉ dày ba nguyên tử. Ở nhiệt độ cực lạnh, trong đó xuất hiện cái gọi là sóng mật độ điện tích tương xứng: các electron không chuyển động hỗn loạn mà phối hợp với nhau, lặp lại hình mẫu của mạng tinh thể.
Thông thường, trạng thái lượng tử như vậy biến mất ngay khi nhiệt độ tăng lên trên âm 57 °C. Dao động nhiệt của các nguyên tử nhanh chóng phá hủy trật tự mong manh. Các nhà khoa học dưới sự lãnh đạo của Xiangfeng Duan đã thêm các phân tử arginine — một trong hai mươi axit amin tiêu chuẩn cấu tạo nên protein — vào các lớp tantali disulfide. Kết quả thật đáng kinh ngạc: chuyển động có trật tự của các electron được duy trì cho đến tận cộng 57 °C.
Arginine khớp với mạng tinh thể tantali disulfide như một mảnh ghép hoàn hảo. Kích thước và sự phân bố điện tích của nó tương ứng chính xác với các khoảng trống giữa các lớp vật liệu. Hai axit amin khác được kiểm tra không mang lại hiệu ứng như vậy. Các tính toán máy tính đã xác nhận: chính sự «trùng khớp» về hình học và điện tử đã ổn định trạng thái lượng tử ở nhiệt độ phòng và thậm chí cao hơn.
Phát hiện này không chỉ quan trọng đối với khoa học cơ bản. Chuyển động có trật tự của các electron trong những vật liệu như vậy có thể được sử dụng để tạo ra bộ nhớ tiết kiệm năng lượng kiểu mới, nơi thông tin được lưu trữ không phải trong điện tích thông thường mà trong các tính chất lượng tử. Hiện tại đây mới chỉ là triển vọng, nhưng phương pháp — sử dụng các phân tử của sự sống để điều chỉnh các tinh thể vô cơ — mở ra một con đường mới trong thiết kế vật liệu lượng tử.
Các nhà nghiên cứu dự định kiểm tra các phân tử khác và tìm hiểu xem liệu bằng cách tương tự có thể ổn định tính siêu dẫn hoặc các hiệu ứng lượng tử khác hay không. Nếu cách tiếp cận này thành công, thì thay vì tìm kiếm những hợp chất kỳ lạ mới, các nhà khoa học sẽ có thể chọn những «chìa khóa» hữu cơ đã biết để mở đúng những «ổ khóa» vô cơ cần thiết.
Một axit amin đơn giản mà trước đây chỉ gắn liền với sinh học nay đang giúp vật lý lượng tử vượt ra ngoài giới hạn của các phòng thí nghiệm đông lạnh.
