Trong lớp kép graphene xoắn, các dao động lượng tử bất ngờ xuất hiện, điều vốn không thể xảy ra theo mọi quy tắc đã biết của hiệu ứng Hall tuyến tính. Các nhà vật lý Trung Quốc đã trực tiếp ghi nhận hiện tượng này trong thí nghiệm và chứng minh rằng chúng bắt nguồn từ phản hồi phi tuyến của hệ thống.
Nhóm nghiên cứu do Junxi Duan từ Viện Công nghệ Bắc Kinh dẫn đầu đã tiến hành các phép đo trên những mẫu graphene kép xoắn với góc quay nhỏ. Các nhà khoa học đã áp dụng điện trường xoay chiều và ghi lại dòng điện ngang biến thiên theo chu kỳ phụ thuộc vào từ trường. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Physical Review Letters vào tháng 6 năm 2026.
Hiệu ứng Hall thông thường tạo ra phản hồi tuyến tính: cường độ dòng điện tỷ lệ thuận với cường độ trường. Tuy nhiên, ở đây đã xuất hiện một thành phần bậc hai tạo ra các dao động tương tự như hiệu ứng Shubnikov-de Haas, nhưng lại phát sinh mà không cần đến sự lấp đầy các mức Landau theo cách hiểu thông thường. Hãy tưởng tượng một con lắc không chỉ dao động do lực đẩy, mà còn do chính lực đẩy đó làm biến dạng quỹ đạo của nó — đó chính là cách tính phi tuyến "làm rung chuyển" các trạng thái lượng tử.
Những dao động này cho phép thăm dò hình học lượng tử của các hàm sóng electron vượt ra ngoài phạm vi xấp xỉ tuyến tính. Chúng có mối liên hệ trực tiếp với các đặc tính tô pô và tương tác electron mạnh mẽ trong các hệ thống graphene có cấu trúc moiré.
Khám phá này cung cấp một công cụ mới để nghiên cứu các pha tô pô và các trạng thái tương tác vốn là nền tảng cho các vật liệu lượng tử tương lai. Giờ đây, các đóng góp phi tuyến có thể được đo lường trong thời gian thực mà không làm hỏng mẫu vật.
Các kết quả đăng trên Physical Review Letters khẳng định rằng hiệu ứng Hall phi tuyến trong graphene xoắn đang mở ra một cánh cửa tiến vào lĩnh vực hình học lượng tử vốn trước đây chưa thể tiếp cận.
