物理學家在 CeRu₄Sn₆ 中發現「不可能」的拓撲相

在接近絕對零度的實驗室中，CeRu₄Sn₆ 晶體裡的電子行為彷彿無視一切既有規則。一個國際研究團隊在其中觀測到拓撲半金屬相——這種狀態此前被認為與量子臨界狀態不相容。

當材料處於相變邊界時，量子臨界性便會出現。電子不再以慣常的粒子形式描述，而是由類似洶湧波濤的集體漲落來描述。過去人們認為，在這樣的「海洋」中，電子態的穩定拓撲結構根本無法存續。

實驗推翻了這一觀點。科學家將 CeRu₄Sn₆ 樣品冷卻至幾乎為零的溫度，並讓電流通過其中。在完全沒有外加磁場的情況下，出現了反常霍爾效應——電荷載流子發生側向偏轉。這一效應直接證明了該狀態的拓撲本質。

萊斯大學物理學家 KIMIAO SI 指出：強烈的量子漲落並不會破壞拓撲，反而有助於其形成並穩固。最大的拓撲響應恰恰出現在電子不穩定性最高之處。

這一發現為兼具對外界作用敏感與量子性質穩定這兩種特性的新材料開闢了道路。此類化合物或可用於量子電腦、精密感測器與節能電子學。

研究人員目前正在檢驗其他化合物中是否也存在類似的相。