Trong thế giới vật liệu lượng tử, hiếm có hợp chất nào gây nhiều tranh cãi như kim loại kagome CsV3Sb5. Tinh thể dạng lớp này với các nguyên tử vanadi trên mạng lưới tam giác, khi được làm lạnh đến 94 kelvin, sẽ hình thành sóng mật độ điện tích, và ở nhiệt độ 2,5–3 kelvin thì chuyển sang trạng thái siêu dẫn. Nhiều năm thí nghiệm đã đưa ra những kết quả trái ngược nhau: một số phép đo chỉ ra tính siêu dẫn thông thường với khe năng lượng mở hoàn toàn, số khác lại chỉ ra các nút nơi khe biến mất.
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Okayama, dưới sự dẫn dắt của phó giáo sư Shinji Kawasaki và giáo sư Guo-qing Zheng, đã áp dụng biến dạng kéo giãn đơn trục lên các tinh thể CsV3Sb5. Bằng một ô áp điện, họ kéo giãn mẫu theo một hướng đồng thời đo các tính chất bằng phương pháp cộng hưởng tứ cực hạt nhân. Kết quả, được công bố trên Physical Review Letters, cho thấy vật liệu sở hữu không phải một mà là hai trạng thái siêu dẫn gần nhau về năng lượng.
Khi kéo giãn 0,9 phần trăm, nhiệt độ chuyển sang trạng thái siêu dẫn đã tăng từ 3,0 lên 3,6 kelvin. Đồng thời, sóng mật độ điện tích hầu như không thay đổi. Khác với áp suất thủy tĩnh, vốn tác động lên cả hai hiện tượng cùng lúc, biến dạng kéo giãn đơn trục cho phép điều khiển tính siêu dẫn một cách độc lập.
Dưới mức kéo giãn tối đa, vật liệu thể hiện hai chuyển pha rõ rệt. Chuyển pha thứ nhất, ở 3,6 kelvin, tương ứng với trạng thái có nút (phi thông thường), chuyển pha thứ hai — ở 3,0 kelvin — không có nút (thông thường hơn). Tỷ lệ thành phần có nút đã tăng từ 10 lên 26 phần trăm. Như vậy, biến dạng kéo giãn không chỉ nâng cao nhiệt độ mà còn dịch chuyển sự cân bằng giữa hai kênh ghép cặp.
Cộng hưởng tứ cực hạt nhân cho phép nhìn vào cấp độ nguyên tử và phân biệt các trạng thái này qua môi trường điện tử cục bộ. Những dữ liệu trước đây vốn trái ngược giữa các nhóm nghiên cứu nay đã có lời giải thích: hai trạng thái cùng tồn tại gần như suy biến, và các phương pháp khác nhau đã đánh giá trọng số của chúng theo những cách khác nhau.
Phát hiện này biến CsV3Sb5 từ một nguồn gây nhầm lẫn thành một hệ mô hình thuận tiện. Giờ đây các nhà khoa học có thể nghiên cứu riêng rẽ từng kênh ghép cặp bằng cách biến dạng mạng tinh thể. Cách tiếp cận như vậy có thể trở thành công cụ chung để tách biệt tính siêu dẫn và các trật tự cạnh tranh trong những chất siêu dẫn bất thường khác.
Mặc dù nhiệt độ chuyển pha trong CsV3Sb5 hiện vẫn còn quá thấp để ứng dụng thực tiễn, việc hiểu rõ cơ chế cạnh tranh giữa hai trạng thái đưa chúng ta đến gần hơn với việc tạo ra các vật liệu có nhiệt độ siêu dẫn cao hơn. Biến dạng kéo giãn tinh thể mở ra một cách thức mới để điều khiển các tính chất lượng tử.
