Trong phòng thí nghiệm ở nhiệt độ gần độ không tuyệt đối, các electron trong tinh thể CeRu₄Sn₆ hành xử như thể chúng phớt lờ mọi quy tắc trước đây. Một nhóm nghiên cứu quốc tế đã ghi nhận tại đó một pha bán kim loại tôpô — một trạng thái mà cho đến nay vẫn được coi là không tương thích với chế độ tới hạn lượng tử.
Tính tới hạn lượng tử xuất hiện khi vật liệu nằm ở ranh giới của một chuyển pha. Thay vì các hạt quen thuộc, các electron được mô tả bằng những thăng giáng tập thể, giống như một biển sóng dữ dội. Trước đây người ta cho rằng trong một "biển" như vậy, một cấu trúc tôpô bền vững của các trạng thái electron đơn giản là không thể tồn tại.
Thí nghiệm đã bác bỏ quan niệm này. Các nhà khoa học đã làm lạnh mẫu CeRu₄Sn₆ gần đến không độ và cho dòng điện chạy qua nó. Không cần bất kỳ từ trường ngoài nào, một hiệu ứng Hall dị thường đã xuất hiện — sự lệch hướng của các hạt mang điện. Hiệu ứng này là bằng chứng trực tiếp cho bản chất tôpô của trạng thái.
Nhà vật lý Kimiao Xi từ Đại học Rice nhận định: những thăng giáng lượng tử mạnh không phá hủy tôpô mà ngược lại, giúp nó hình thành và củng cố. Phản hồi tôpô cực đại được quan sát đúng tại nơi mà tính bất ổn định của các electron là cao nhất.
Phát hiện này mở ra con đường dẫn tới những vật liệu mới, kết hợp tính nhạy cảm với các tác động bên ngoài cùng tính bền vững của các tính chất lượng tử. Những hợp chất như vậy có thể hữu ích trong máy tính lượng tử, cảm biến độ chính xác cao và điện tử tiết kiệm năng lượng.
Giờ đây các nhà nghiên cứu đang kiểm tra xem liệu một pha tương tự có xuất hiện trong các hợp chất khác hay không.
