Trong các phòng thí nghiệm ở Đức, các electron trong graphene bất ngờ nhảy qua các vùng năng lượng bị cấm, với xác suất lên tới một trăm phần trăm. Đây không phải là sai số đo đạc mà là một quá trình thực sự đã được ghi lại theo thời gian thực.
Một nhóm các nhà khoa học từ Đại học Regensburg, Đại học Philipps Marburg và Trung tâm Nghiên cứu Jülich đã thực hiện một thí nghiệm được công bố trên tạp chí Nature ngày 2 tháng 11 năm 2026. Họ đã sử dụng kính hiển vi xung quang phát xạ, kết hợp với các xung laser mạnh, để theo dõi chuyển động của các electron trong các lớp graphene mỏng đến mức nguyên tử có độ tinh khiết cao nhất, được nuôi cấy tại Jülich. Phương pháp này được gọi là quay video dưới chu kỳ: nó cho phép ghi lại các sự kiện xảy ra trong những phần nhỏ của femto giây.
Trong các chất bán dẫn thông thường, các electron vẫn ở trong vùng năng lượng của chúng, được ngăn cách bởi một khe cấm. Ở đây, dưới tác dụng của điện trường mạnh của xung ánh sáng, các electron được gia tốc và vượt qua khe mà không có trạng thái trung gian. Hãy tưởng tượng một thang máy di chuyển tức thời từ tầng một lên tầng hai mươi, bỏ qua tất cả các tầng khác: chuyển tiếp Landau-Zener-Majorana trông chính xác như vậy. Tốc độ của các electron ở rìa vùng xác định xác suất của bước nhảy như vậy, và trong graphene nó đạt tới một trăm phần trăm.
Thí nghiệm cho thấy tương tác với mạng tinh thể có thể phá vỡ chuyển động có trật tự, nhưng bản thân hiện tượng xuyên hầm vẫn giữ tính dự đoán được. Điều này về nguyên tắc khác với xuyên hầm cổ điển qua một rào cản không gian — ở đây động lực học theo thời gian đóng vai trò then chốt.
Phát hiện này mở ra con đường điều khiển các electron trong vật liệu hai chiều bằng ánh sáng, chứ không chỉ bằng điện áp. Trong tương lai, những phương pháp như vậy có thể trở thành nền tảng cho các thiết bị mới, nơi các chuyển tiếp lượng tử trở thành công cụ làm việc chứ không còn là ngoại lệ hiếm hoi.
Các kết quả được công bố trên tạp chí Nature xác nhận: phương pháp quay video dưới chu kỳ cũng hoạt động trên các vật liệu lượng tử khác, mang lại cái nhìn toàn cảnh về cảnh quan năng lượng của chúng.
