Các nhà nghiên cứu tại Đại học Rice, do Giáo sư Qimiao Si đồng dẫn đầu, vừa công bố phát hiện về một trạng thái lượng tử mới của vật chất. Nghiên cứu cho thấy sự tương tác mạnh mẽ giữa các electron có thể tạo ra hành vi topo học – mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng trong công nghệ thực tiễn.

Lei Chen, nghiên cứu sinh và đồng tác giả chính, chia sẻ: “Khi kết hợp hai lĩnh vực này, chúng tôi bước vào vùng đất chưa từng được khám phá. Điều bất ngờ là chính tính tới hạn lượng tử lại có thể sinh ra hành vi topo học, đặc biệt trong môi trường có tương tác mạnh.”

Nhóm nghiên cứu đã phát triển mô hình Weyl–Kondo semimetal tại điểm tới hạn phá hủy Kondo. Mô hình này dự đoán cách electron vận động khi vừa chịu tương tác mạnh vừa thể hiện đặc tính topo học.

Họ sử dụng vật liệu CeRu4Sn6 – một hệ lượng tử tới hạn tự nhiên – để chứng minh rằng pha topo học xuất hiện dưới dạng cấu trúc hình vòm khi thay đổi từ trường và áp suất. Các electron trong vật liệu này hành xử như những hạt nặng, cho thấy dấu hiệu rõ rệt của trạng thái lượng tử mới.

Mối liên hệ giữa tính tới hạn lượng tử và topo học có thể tạo ra bước ngoặt cho công nghệ lượng tử. Trạng thái lai này hứa hẹn giúp phát triển các thiết bị siêu nhạy, bền bỉ, đồng thời mang lại lợi thế cho máy tính lượng tử, cảm biến và thiết bị điện tử tiết kiệm năng lượng.

Các nhà khoa học tin rằng việc kiểm soát trạng thái này sẽ đặc biệt hữu ích, bởi cả hai hiệu ứng đều liên quan đến siêu dẫn và khả năng phản ứng cực nhạy với tín hiệu bên ngoài. Điều này mở ra triển vọng thiết kế các vật liệu lượng tử với tính năng vượt trội.

Giáo sư Si nhấn mạnh: “Phát hiện này lấp đầy khoảng trống trong vật lý chất rắn, chứng minh rằng tương tác mạnh của electron không phá hủy mà còn có thể tạo ra trạng thái topo học. Đây là một trạng thái lượng tử mới với ý nghĩa thực tiễn to lớn.”